Как поднимали воду в древности
Водоподъемные механизмы и водоводы древнего и средневекового мира
В истории целых народов исключительная роль принадлежит рекам. Очаги высокой культуры возникли в глубокой древности в долине Нила, в нижнем течении Тигра и Евфрата, в бассейне Инда, на берегах рек Янцзы и Хуанхэ, Амударьи и Сырдарьи. Не случайно древнейшие цивилизации мира – египетскую, шумерскую, харапскую и т.д. – называют речными цивилизациями.
Своим расцветом многие древние цивилизации и государства в значительной степени были обязаны умению народов использовать (поднимать, отводить, распределять и т.д.) поверхностные воды (а позднее и подземные), и, прежде всего воды рек для орошения полей и водоснабжения городов. На протяжении многих веков в устройстве водоподъемных механизмов основную роль играли простые машины: рычаг, колесо, блок, ворот, винт, наклонная плоскость.
Водоводы сооружались по принципу самотека. Уже с IV тысячелетия до н.э. в долине Нила (Египет) и в междуречье Евфрата и Тигра (южной части Месопотамии) естественное орошение ежегодными разливами рек постепенно стало регулироваться различного рода водозадерживающими, водоподъемными и водоотводящими сооружениями.
На протяжении от IV до I тысячелетия до н.э. с возникновением городов в Египте и Вавилонии постепенно усложняется ирригационная система: проводятся каналы, создаются плотины, насыпаются дамбы, регулируется режим рек. Уже довольно сложная система каналов служит различным целям: для осушения болот, орошения полей, предохранения от наводнений, водоснабжения городов и для судоходства. В Египте была разработана своеобразная система водоснабжения. Вода, оставшаяся в понижениях местности и каналах, использовалась для орошения с помощью водоподъемных механизмов; древнейшим из них был шадуф (всем известный журавль), изображения которого до сих пор сохранились на гробнице в Фивах, относящейся примерно к 1250 г. до н.э. Для водоснабжения городов сооружали водоподъемные станции в виде сложной системы шадуфов или водоподъемных колес.
Страбоном описаны водоподъемные колеса одной крепости на берегу Нила, которые приводились в движение 150 рабами. К 2500 г. до н.э. в Египте было известно искусство сооружения глубоких копаных колодцев глубиной до 100 м. Египтянам было знакомо употребление гончарных и свинцовых водопроводных труб. Нельзя не отметить самотечный водовод на острове Крит (2200 г. до н.э.), обеспечивающий подачу родниковой воды в Кносский дворец.
В Палестине и Сирии города строили на вершинах холмов, у подножия которых протекали источники, где брали воду горожане. Поэтому в периоды войн города были легко уязвимы, ибо неприятелю ничего не стоило отрезать их от воды. Во избежание этого горожане строили подземные туннели с потайным выходом к источнику. Другой конец туннеля находился в пределах города. К туннелю вела шахта со ступеньками. Позднее по дну туннеля стали прокладывать водовод от источника к основанию шахты. На западной окраине Иерусалима сохранился синнор, построенный около 700 г. до н.э. – «Силоамская Купель». Его туннель длиной более 600 м проходил под городской стеной и подавал в город воду из источника Геон.
В Сирии и поныне встречаются водоводы из каменных труб, исправно действующие вот уже свыше двух тысяч лет. Здесь же с незапамятных времен и до наших дней сохранилось водоподъемное устройство – наур, гигантское деревянное колесо диаметром до 22 метров, выполненное без единого железного гвоздя. (Разновидность наура – среднеазиатский чигирь – водоподъемное сооружение, вращающее силой течения реки колесо с лотками или кувшинами). Следы гигантской работы по орошению и водоснабжению древнего государства Урарту (Ванское государство), сохранились и по настоящее время. История Урарту тесно связана с историей древнего Востока – Ассирии, Вавилонии и других рабовладельческих государств. В IX-VIII вв. до н.э. столица государства Урарту – Тушпу на берегу оз. Ван – была крупным городом с неприступной крепостью, большими дворцами, храмами, водопроводом и другими сооружениями. Водопровод г. Тушпу (или г. Ван), сооруженный в 800 г. до н.э.. действует и поныне. Он состоит из открытых и подземных водопроводов общей длиной в 70 км. В Урарту были построены первые канаты – искусственные подземные русла, отводившие самотеком воды источников или водоносных слоев на большие расстояния.
Есть упоминание о разрушении царем Саргоном II ирригационной системы канатов г. Улху (721 г. до н.э.). Постепенно канаты начали строить в Персии, Египте, Индии. В III тысячелетии до н.э. ирригационное земледелие, а затем и городское строительство, а, следовательно, их водоснабжение развивается в Индии (культура Хараппы в долине Инда). Китае (Иньская культура), Средней Азии (культуры Анау I и Анау II), Иране, на Кавказе и в Южной Европе. В Индии известны остатки сложных водоподъемных сооружений, действующих по принципу блока и рычага.В Китае по рекам Янцзы и Хуанхэ более 2000 лет назад была создана сложная техническая ирригационная система. Большой канал, описанный еще Конфуцием (около 551-479 гг. до н. э.), был построен в царствование династии Чу (1121-249 гг. до н. э.).
В настоящее время он соединяет Пекин с большинством провинций Центрального и Южного Китая. Кроме успехов в строительстве плотин и каналов китайцы достигли большого искусства в устройстве сооружений для подъема воды, в рытье колодцев огромной глубины – до 500 м. Здесь очень рано началось строительство трубчатых артезианских колодцев и бамбуковых водопроводов. Для подачи воды на поля древними китайцами использовалось водоподъемное колесо.
Это было простое колесо, построенное из бамбука и приводившееся в движение течением реки; бамбуковые перекладины, соединяющие ободья колеса, служили и лопастями, и черпаками одновременно. При погружении в лоток они наполнялись водой, затем, поднявшись на некоторую высоту, опорожнялись в особый желоб. Из желоба вода текла по каналам и орошала поля. На рубеже III и II вв. до н.э. в Китае был сооружен первый кяриз – захват подземных вод наклонными водосборными галереями, сообщающимися с дневной поверхностью при помощи вертикальных колодцев. Длина отдельных водосборных каналов достигала нескольких десятков километров. Уже в III в. до н.э. в Китае был известен ударно-канатный способ бурения для получения самоизливающейся воды (названной с XII в. в Западной Европе артезианской). В долинах рек Амударьи и Сырдарьи, в древнем Хорезме, более 2000 лет назад также возникло поливное ирригационное земледелие: построены каналы, водопроводы, кяризы, чигирь и т.д. С VII в. н.э., во времена арабского халифата, продолжали функционировать древние и строились новые кяризы, водопроводы (протяженностью до 20 км).
После падения Ассиро-Вавилонии и Египта оформилась новая, более поздняя культура-сначала Финикия (XV-VII вв. до н. э.), затем античной Греции (VII-I вв, до н. э.), Рима (I в. до н. э. – V в. н. э.) и, наконец, Византии (V-XIII вв. н. э.) и Киевской Руси (IX-XIII вв. н. э.). Финикийцы значительно усовершенствовали технику городского водоснабжения. Особенно интересны водопроводные сооружения городов Тира и Карфагена, основанные на каптаже восходящих ключей. В Тире вода в каптажных сооружениях поднималась на 4-6 м над поверхностью земли; переливаясь через край и падая, она приводила в движение несколько мельниц, а затем отводилась сетью открытых н подземных галерей и трубопроводов к городским домам и садам. Один из трубопроводов был проведен даже на остров по дну морского пролива. Древние греки создали разнообразную гидротехнику каптажа ключей, многокамерных колодцев со штольнями для сбора подземных вод, подземных цистерн и галерей с вентиляционными и смотровыми колодцами, гончарных и свинцовых трубчатых водопроводов, фонтанов, каскадов, водометов для очищения воздуха, технику сплавной городской канализации и т. д.
Во многих древнегреческих городах имелись водопроводы, основанные на использовании подземных вод. Так в Афинах в период наибольшего расцвета было 18 водопроводов, подводивших частью речную, частью подземную воду. Один из этих водопроводов (VI в. до н. э.) состоял из обширного многокамерного колодца с примыкавшими к нему водосборными штольнями. Колодец и штольни были высечены в скале в самом городе. От колодца шла подземная галерея, в другом конце которой находился большой водоразборный резервуар. В г. Пергаме напорный водопровод имел давление в 16-20 атм и питался водой ключей, находившихся на возвышенности в 60 км от города. Наследники культуры древней Греции – римляне – в эпоху расцвета древнеримской империи еще более усовершенствовали гидротехнику городского водоснабжения, изобрели водяную мельницу.
В древнем Риме были специалисты городского водоснабжения. Одним из крупнейших специалистов был Марк Витрувий (I в. до н. э.), автор большого труда по строительству «Об архитектуре», в котором он касался также и вопросов техники городского водоснабжения, методики поисков подземных вод, определения ее качества и т. д.
Другой крупный строитель того времени – Фронтам (34- 104 гг. н. э.), занимавший одно время должность императорского начальника водопроводов Рима, в одном из своих произведений под названием «О водопроводах» указывает, что во II в. до н. э. в Риме было не менее девяти водопроводов, доставлявших в город ежегодно около 1 млн MS воды. Водоснабжение Рима было основано в значительной степени на использовании ключевой воды. По мере расширения римского водопровода в его сферу вовлекались ключи окрестностей возрастающего радиуса. С течением времени каптировались все более высоко расположенные ключи с целью подвести в город напорные воды. О темпах расширения римского водопровода можно судить по тому, что строитель Випсаний Агриппа (63-12 гг. до н. э.) в течение одного года построил 130 резервуаров, 700 водоразборных колодцев и 150 бьющих фонтанов.
В искусстве добывания воды древние римляне достигли большого совершенства. Они умели отводить воду из рек и озер, собирали воду из естественных ключей, отыскивали подземные водоносные слои, создавали искусственные ключи посредством дренажных рвов, устраивали на длинных расстояниях надземные водоводы (акведуки) и т.д. История сохранила нам также описание водоподъемного колеса времен Древнего Рима. Это колесо, названное «тимпаном», использовалось для подачи воды в водопроводную сеть. Оно представляло собой обод с большими плоскими лопатками. Нижней частью колесо погружено в поток, приводящий его в движение. Внутри колеса расположены спиральные каналы между лопастями. Эти лопасти зачерпывали в реке воду и выливали ее через пустотелый вал колеса в желоб водопровода. Усовершенствованием в дальнейшем этого водяного колеса и стала турбина. «Водоприводное» и «водовзводное» дело – так на Руси называлось ремесло по «добыче и доставке» воды. История этого ремесла уходит в глубокую древность. Сначала скифские копанки (поверхностные воды), а затем колодцы (подземные воды), с использованием четочного, стулального и иных подъемников. На территории России, Белоруссии, Украины, Молдавии до сих пор строятся ступальные колодцы, журавли, колодцы с колесным воротом (ворот – «баран», «двойной баран»).
Колодцы с журавлями изображены на Петровском чертеже (1597-1599). Возникновение и рост городов вызывали необходимость их водоснабжения, которое осуществлялось путем использования не только поверхностных, но и подземных вод. В IX-XI вв. уже был накоплен достаточный опыт каптажа родников, устройства колодцев и т. п. Например, из летописей известно о техническом благоустройстве в XI-XII вв. городов Киева и Великого Новгорода. В Новгороде были проложены вдоль улиц желоба и трубы для сточных вод. Раскопками в Новгороде (30-е годы XX в.) обнаружен хорошо сохранившийся самотечный водопровод, проведенный от родников к княжескому двору в XI в. Трубы этого водопровода состояли из двух не скрепленных половин деревянных стволов диаметром 30 см, тщательно обработанных. Это был первый в Северной Европе водопровод, по которому доставлялась чистая ключевая вода. Во время раскопок в стволах еще струилась прозрачная свежая вода. На высоком техническом уровне были построены водопроводы в Московском Кремле, о чем наш журнал уже рассказывал.
Вот такие водоподъемные механизмы – рычаг, блок, колесо, ворот, винт – использовались времена древнего (по V в н.э.) и средневекового (от середины V в. до середины XV в.) мира. Приводились эти орудия в действие сначала с помощью людей и животных, а затем сил природы – воды и ветра. Создание парового двигателя, потом открытие электричества – это уже другая эра водоподъемных механизмов.
Как перегонялась вода
От обеспечения жилищ чистой питьевой водой зависит многое. Целые цивилизации из-за засухи приходили в упадок. Поэтому поселения строились вблизи рек, а важным этапом в развитии человечества считается появление ирригационных систем и водоводов, иначе — акведуков (с латыни: aqua — вода и ducere — вести). И прежде, чем прийти к современному водопроводу, человечество прошло очень долгий путь совершенствования технологий.
Климат Месопотамии требовал особого отношения к сохранению влаги. Когда в году два месяца идут проливные дожди, а затем наступает засуха, необходимо сохранить как можно больше воды, которую давали разливы рек.
Решение было найдено в IV тысячелетии до н. э. Уже тогда жители и Месопотамии, и Египта стали сооружать примитивные оросительные системы (каналы, плотины, водохранилища), которые позволяли не только получать обильные урожаи на уже имеющихся площадях, но и увеличить посевы.
Руины Мохенджо-Даро
Несколько позднее появились сооружения, подводившие воду к городам. Один из самых ранних известных водопроводов был обнаружен при раскопках города Мохенджо-Даро на территории нынешнего Пакистана. Возраст его канализационных и водопроводных труб более 4 тыс. лет. В Египте примерно в то же время вода по глиняным или деревянным трубам подавалась во дворец фараона.
Водоснабжение в античности
К середине I тысячелетия до н. э. водоводы существовали практически у всех народов Ближнего Востока, а также в Индии и Китае. И, конечно, предшественники современных водопроводов были в Греции. Самый известный водовод был построен на острове Самос при правлении тирана Поликрата.
Самосский акведук
Акведук представлял собой пробитую в горе штольню протяженностью около километра, в которой были проложены трубы, снабжавшие водой столицу острова Пифагореи. К тому же времени относится и другой прото-водопровод, фрагменты которого были обнаружены при раскопках в афинском районе Керамикос.
В VII-VI вв. до н. э. в Египте, Ассирии и некоторых других странах Ближнего Востока начали строить ту разновидность акведуков, которая теперь ассоциируется в первую очередь с Римской империей: акведуки-мосты, перекинутые через овраг, реку или дорогу. В основании такого акведука возводили каменные или кирпичные опоры и береговые устои, поверх которых укладывали трубы либо устраивали закрытые или открытые кюветы каналы для пропуска воды. При значительной высоте конструкции для большей устойчивости опор между ними сооружали каменные арки, иногда в несколько ярусов. Так, в столицу Ассирии Ниневию через долину был перекинут акведук из известняка высотой 10 и длиной 300 м.
Ассирийский акведук близ деревни Джерван, нынешний Ирак
Акведуки нельзя считать полноценным водопроводом. Первые централизованные системы накопления, доставки и распределения воды появились в Риме. Началось всё с акведука Аква Аппия, построенном в 312 году до н. э. во время цензорства Аппия Клавдия Цека. Он, к слову, вложил собственные деньги в строительство акведука, длина которого 16.5 км.
Вода в него поступала из левого притока Тибра восточнее Рима. Акведук проходил до самого центра города. За времена республики в Риме было построено четыре водопровода, после чего их сооружение прекратилось и возобновилось с началом правления Октавиана Августа в 27 г. до н. э. Строительством занимался зять императора Марк Агриппа. Под его руководством были отремонтированы старые водопроводы и построены два новых.
Аква Аппия
Водопроводы обслуживала так называемая водяная команда из 700 рабов, владевших разными специальностями. Управление осуществлялось архитекторами-гидравликами. В подчинении архитекторов находились обходчики, каменщики, специалисты по свинцу, а также мостовщики, которые занимались тем, что без конца разбирали и вновь укладывали мостовые на подходах к жилым домам. Дело в том, что под мостовыми тянулась сеть свинцовых труб, а римляне, пользовавшиеся водопроводом, не могли передавать ни своим наследникам, ни новым жильцам при продаже дома. Поэтому трубы то подводили к дому, то убирали, при этом каждый раз приходилось разбирать мостовую. В течение пяти столетий в Риме было сооружено 11 водопроводов общей протяженностью почти 350 км, из них только 47 км были наружными, а остальные проходили под землей.
Схема расположения акведука Аква Аппия в Риме
Устройство древнеримского водопровода
С помощью специальных труб акведуки соединялись с распределительными сооружениями, которые находились по всему городу. Как и полагается, в первую очередь вода подавалась в императорский дворец, затем в общественные бани и к фонтанам и только потом в богатые частные дома.
Средства на эксплуатацию водопровода поступали от специальных налогов на бани и каналы. Римские акведуки-мосты были чрезвычайно сложными сооружениями, технологически они не устарели даже спустя тысячу лет.
Водопроводный кран с вентилем в виде головы животного
Но в целом водопроводная система Рима была технически несовершенна. От каждого распределителя к потребителям воды тянулись линии подземных труб, не сообщавшихся между собой. Видимо, это было связано с необходимостью постоянно перекладывать трубы. К слову, любопытно, что римляне, несмотря на умение изготавливать краны, практическим ими не пользовались. Вода из труб шла непрерывным потоком.
Пон-дю-Гар в Провансе
Римляне строили акведуки с великолепной точностью. Например, акведук-мост Пон-дю-Гар в Проване имеет уклон всего 34 см на 1 км, спускаясь на 17 метров по вертикали при общей длине водовода 50 км.
В раннее средневековье водопровод был забыт вместе со многими другими достижениями античности. Как и в древности, источниками воды стали колодцы и ближайшие реки с озёрами, откуда воду возили в бочках. Римские акведуки стали использовать как обычные мосты. Из-за того, что в городах не было канализации, сточные воды просачивались в землю, попадая в грунтовые воды. Поэтому колодцы были постоянным источником эпидемиологической опасности.
Вновь централизованные городские водопроводы в Европе начали сооружать в XII веке. Первым был построен самотечный водопровод в Париже. Спустя столетие централизованное водоснабжение получил Лондон, а к началу XV века относятся упоминания об устройстве водопроводов в германских городах.
Водопроводы в Новое время
Промышленная революция XVIII века повлекла за собой и развитие водопроводной техники. Фабрики и заводы требовали большого количества воды, не говоря уже о том, что в чистой воде нуждалось значительно возросшее городское население. В то же время сброс промышленных сточных вод в открытые водоемы привел к их сильному загрязнению и поставил вопрос об изыскании источников чистой воды в отдалении от производства.
Парижская канализация, XIX век
Применение паровых насосов позволило значительно увеличить дальность транспортирования воды, но стоимость таких сооружений все равно была слишком велика. Поэтому уже в XVIII века рядом с городами начали создавать искусственные водохранилища, перегораживая русла рек плотинами. Для того чтобы поддерживать в водохранилище определенный уровень, в плотине предусматривалась система стоков. Впервые в Европе такие искусственные резервуары стали строить в Германии.
Теодор Жерико «Вечерний пейзаж с акведуком», 1818
Водопровод на Руси
Появление водопровода и канализации на Руси относится к домонгольским временам. При раскопках на Ярославовом дворище в Новгороде были найдены остатки деревянного водопровода, сооруженного в конце XI начале XII века. Татаро-монгольское нашествие практически уничтожило технические достижения Руси. Новые водопроводы появились лишь в конце XV века.
Трубы средневекового водопровода, найденные на Неглинной улице в Москве
В Московском Кремле в 1491 году был построен самотечный кирпичный водопровод, по которому вода шла из родника под Собакиной башней (ныне Угловая Арсенальная) к Троицкой башне.
Более совершенный водопровод был сооружен в Кремле шотландским мастером Христофором Галовеем в 16ЗЗ году. Галовей установил машину для подъёма воды Москвы-реки в Свиблову (Водовзводную) башню, «а из башни той воду привёл на государев на сытной и на кормовой дворец в поварни».
Водовзводная башня, 1883 год
Оснащенный водонапорной башней, водопровод подавал около 50 кубометров воды в сутки и просуществовал почти сто лет. В начале XIX в. был открыт первый централизованный Мытищинский-Московский водопровод, а спустя четыре десятилетия работы по организации системы водоснабжения начались и в Санкт-Петербурге.
Секреты русских колодцев, или Непростая история простого приспособления
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
Бутылочная форма, утопленники и как вода попадала в кремлевский колодец
На Руси старинные колодцы имели своеобразную форму в виде бутылки. Со своей функцией накапливания воды они справлялись прекрасно, но вот если человек падал в такой колодец, то спасти его было очень сложно. Для того, чтобы избежать эксцессов, надземная часть делалась достаточно высокой. Но некоторые неудачники всё равно умудрялись свалиться внутрь, при этом на использование воды это никак не влияло — устройство продолжало работать.
Очень интересен был тайный колодец для подачи воды в Кремль. Он был создан во времена, когда правил Иван Калита. Трубы, по которым поступала вода, были сделаны из дуба. Колодец относился к разряду ступальных, то есть имел большое колесо, снабженное широкими перекладинами. Мужчины крутили его, шагая по своеобразному ступенькам, и этим накачивая воду. Такие устройства были очень распространены на Руси.
Что было принято кидать в колодцы и зачем
Колодцы всегда вызывали священный трепет. Наши предки прекрасно понимали, что качественная колодезная вода очень важна, считали ее целительной, а колодцы относили к концентраторам мистической энергии. Не зря путешественники, проходя мимо колодца, старались набрать как можно больше воды в емкости, а уходя оставляли около него какую-нибудь вещицу. Это делалось для того, чтобы колодец помог без приключений и неприятностей добраться до следующего источник воды. Старейшины могли разговаривать с колодезной водой, спрашивали у неё совета.
Уникальные свойства колодезной воды и что могли узнать по ней знахарки
Колодезной воде приписывались особенные свойства. Во время важных праздников, таких как Пасха, Крещение, Рождество ценность воды возрастала стократно. Чтобы снять сглаз, следовало, например, как следует умыться крещенской водичкой. Знахарки по воде могли определить человека, которым была наслана порча. Следовало принести ей воду, зачерпнув её не менее чем из трех колодцев.
Если маленький ребёнок был криклив и капризен, его нужно было искупать в колодезной воде, но взять её следовало обязательно из нового колодца. Говорили, что после этого ребёнок перестанет кричать. Еще одна примета: когда колодезная вода была зачёркнута ведром, отливать её было уже нельзя. Говорили, что из ведра смотрят предки. Потенциальные невесты пытались определить, насколько счастливой будет супружеская жизнь. Для этого они опускали в ведро кольцо, которое им подарил суженый и наблюдали, как долго вода будет колебаться.
Старейшины приходили к колодцам, чтобы поговорить с водой, набраться мудрости и спокойствия. Это место считалось своеобразным островком отдыха, отрешением от мирских забот, самопознания. Очень часто в деревне был не один, а два колодца. Первый обязательно располагался в центре поселения, из него брали воду для приготовления еды, питья и бытовых надобностей. Второй колодец копали где-нибудь в лесу или на краю деревни. Это делалось для того, чтобы волшебные силы, которые живут в лесу, могли попить чистой водички. Такой колодец практически не использовали, и брали воду из него только тогда, когда нужно было попросить помощи у высших лесных сил — при болезни или другом несчастье.
Домовой, который живет в колодце, и как его не разозлить
Колодец обязательно должен был быть накрыт крышкой. Это делалось для того, чтобы туда не попадал мусор, вторая причина — чтобы люди не падали внутри, и третье, главное — чтобы не увидеть в колодце домового.
Источники воды старались сделать красивыми, использовали ажурную плоскорельефную резьбу, различные орнаменты и даже иконы со святыми и крестами. Колодец всегда считались особенным местом, потому и требовал к себе особенного отношения. На Троицу его украшали березовыми веточками, к которым были привязаны разноцветные праздничные ленточки.
Где копать и как в выборе места помогали прутики лозы
Если нужно было копать колодец, это следовало делать на день так называемого «колодезника», великомученика Феодора Стратилата, то есть на 21 июня. Нужно было найти правильное место для источника воды. Для этого использовались прутики лозы — как только прутик наклонился, значит под землёй есть водица. И еще один способ: на 21 июня нужно было разложить по всей округе сковородки, а утром посмотреть, сколько на каждый из них появилось росы. Там, где ее было больше всего, там и копать. Место, в которое ударила молния, считалось также подходящим для постройки колодца.
Если сегодня колодцы строят в основном на собственных участках, то есть они частные, то в древности источник воды служил центром поселения. Вокруг него возводились дома и хозяйственные постройки.
В Индии же совсем другая технология постройки колодцев. Их делали ступенчатыми именно по этой причине.
Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми: