История водоснабжения

Введение

С момента своего появления  на Земле человек использует природные  водные объекты в своих целях. И одна из этих целей - приготовление  питьевой воды. Под приготовлением питьевой воды понимается изыскание  источников воды, определение ее пригодности  для питьевых целей, добыча воды, улучшение  ее качества, а также транспортирование  к месту потребления. В общей  структуре использования воды потребление  ее для питьевых целей занимает совершенно незначительное место. Достаточно сказать, что в зависимости от степени  благоустройства жилища человека нормами  предусмотрено потребление до 350 л воды питьевого качества в сутки. Из них непосредственно для питья  человек расходует не более 2-3 л. Однако приготовлению воды именно питьевого качества цивилизованное человечество уделяет особое внимание.

Высокое качество питьевой воды обеспечивает здоровье, благополучие и расцвет нации. Низкое качество питьевой воды ведет к эпидемиям, ухудшению здоровья и может стать  причиной вырождения населения. Поэтому  с древнейших времен человек создает  системы водоснабжения, изыскивает источники чистой воды, улучшает ее качество.

Количество воды, потребляемой человеком, определяет степень социального  развития общества. Первые водопроводные  сооружения - колодцы и оросительные каналы -появились в местах развития древнейших цивилизаций в период их расцвета и явились условием этого  расцвета. Проведенные археологические раскопки свидетельствуют о наличии колодцев и оросительных каналов в древних цивилизациях Ассирии, Вавилона и Египта. 

История Древнего мира свидетельствует: природные поверхностные и подземные  воды, рядом с которыми развивались  древние цивилизации, повсеместно  являлись объектом освоения и использования  для сельского хозяйства, транспорта, рыболовства и, конечно же, для  питьевых и бытовых целей.  
 
 Исторически сложилось так, что водопроводом называют не только акведуки или каналы для подачи воды, но и всю систему сооружений, предназначенных для добычи, транспортирования, обработки и распределения воды. Ниже речь пойдет об акведуках, сооружениях для очистки воды и термах античного Рима, а также об истории водопровода в России, строительства централизованной системы водоснабжения в Москве, а также о системах водоотведения.

Водопроводы античного  Рима

Самая мощная индустрия производства воды для питьевых и бытовых целей  была создана в античном Риме. В  период расцвета в этом городе проживало, по разным сведениям, от шестисот тысяч  до миллиона человек, на каждого из которых приходилось до 1000 л воды в сутки. Необходимо отметить, что  этот показатель превышает водопотребление  в современном Риме почти в 3 раза. Индустрия производства воды включала в себя значительные изыскательские работы, направленные на определение  водных источников, трассировку водоводов, проектирование очистных сооружений. За изысканиями следовало строительство  водопроводов, водоочистных сооружений, распределительных сооружений для  снабжения общественных и личных фонтанов, бань (терм), купален, специальных  аквариумов-садков для разведения морских  и речных рыб, а также строительство водоотводных каналов.  
 Строительство водопроводов в Риме осуществлялось на общественные средства, а также на средства, полученные в результате победоносных войн. Так, водопровод Ашо был построен в 272 г. до н. э. на средства, полученные в результате разгрома Пирра, Марциев водопровод - в 144 г. до н. э. на средства, полученные после взятия Коринфа. Средства на эксплуатацию водопроводов формировались за счет нескольких видов налогов, относящихся к сфере водопользования. Это были налоги на бани и каналы.

Водопроводы, или акведуки, строились следующим образом. На довольно высоком месте находили обильный источник воды и делали углубление в виде большого водоема, в котором  собиралась вода. Из этого водоема  вода поступала к общественному  или собственному (личному) водопроводу  по подземным трубам или по надземным  водопроводам.  
 Подземные трубы выполнялись из дерева, глины или свинца (кстати, эта одна из причин падения Римской империи. Свинец - это провокатор онкологических заболеваний. Римляне, особенно элита, не доживали до 30 лет из-за раковых опухолей). В местах пересечения водопровода с твердыми скальными породами вырубались водоотводные каналы; в мягких грунтах эти каналы выкладывались камнем и над ними сооружались своды. На определенном расстоянии друг от друга делались отверстия для воздуха, чтобы вода оставалась чистой и свежей.

Надземные каменные водопроводы  имели гидроизоляцию из штукатурки и отверстия сверху для доступа  воздуха. Водопроводы выполнялись  на стенах, которые везде, где нужен  был проход, имели арки, как например, часть водопровода Клавдия. Эти  арки образовывали один или несколько  ярусов, что позволяло сооружать  водопроводы через реки в виде мостов и прокладывать по ним дороги. Отдельные части римских водопроводов и водораспределительных устройств  в виде фонтанов функционируют до сих пор.

Римские водопроводы простирались в длину на многие километры, достигая в высоту десятков метров. Так, водопровод Аnio novus был высотой почти 40 м; водопровод во Франции (Nimes) и поныне двумя арками высотой почти 50м поднимается над окрестностями. Таковы же остатки водопроводов в Испании. Кстати, акведуки строились и в России. До Второй мировой войны существовал акведук, соединявший Таицкие ключи с Царским (Детским) селом.

Кроме водоводов, системы  античного водоснабжения имели  особые водоемы-отстойники для очищения воды и в конце водовода особый гидравлический прибор для удобства распределения воды по городу. Распределение  производилось при помощи трех резервуаров, в одном из которых находилась вода, предназначенная для общественных колодцев и фонтанов (водометов), в  другом - вода для бань, а в третьем - для частных домов.

Поражают своими масштабами и великолепием очистные сооружения в районе г. Байи (на берегу Неаполитанского  залива). Они занимают обширные пространства и покрыты сводом, покоящимся на 48 колоннах.  
Менее впечатляющими по размерам, но более наглядными являются очистные сооружения на сохранившемся в Риме водопроводе Агриппы. Они были устроены следующим образом. Через отверстие А вода поступала в помещение В. Очищенная (осветленная) вода из помещения Н (через отверстие I) подавалась потребителям. В процессе очистки вода последовательно поступала из помещения В в помещение О (через отверстие С), из него - в помещение Р (через отверстие Е) и из помещения Р - в помещение Н (через отверстие О). При этом взвешенные частицы осаждались в помещениях О и Р, а затем удалялись через отверстие К.

Первый водопровод в Риме (Аqua Аррiа) был построен в 312 г. до н. э. Аппием Клавдием, тем самым, который  построил первую римскую дорогу (знаменитая Аппиева дорога). Этот водопровод имел протяженность около полутора миль под землей и около километра; в самом Риме (по аркам). Другой, начатый  в 273 г. до н. э. также Аппием Клавдием, большей частью шел под землей. Третий (Aqua Магсia) сооруженный в 146 г. до н. э., имел протяженность около 7 миль, из них около 1,5 миль были сооружены  на арках. Этот акведук носит имя Марция. Четвертый (Аqua Терulа) был основан в 127 л до н. э. и в 35 г. до н. э. был соединен с Юлиевым водопроводом Агриппой. Шестой (Аqua Viгgо) построил тот же Агриппа для снабжения водой своих терм. Водопроводы строили также Август, Каллигула и Клавдий.

Эти девять водопроводов снабжали водой Рим в конце I в. н. э., обеспечивая  ежедневно подачу 5,5 млн. ведер чистой воды. Необходимо отметить также, что подземные источники воды обустраивались специальным образом, над ними возводились различные постройки. Многие из них сохранились до настоящего времени.

            Исправное состояние водопроводов было заботой значительного числа чиновников. Вода была одним из самых ходовых и недорогих товаров. Невысокая стоимость потребляемой воды и огромные ее объемы обеспечивали значительные финансовые поступления в казну государства.  
 Огромные количества использованной воды требовали отвода. По водосточным канавам вода отводилась в Тибр, Со временем сбросные каналы стали огораживать, а во II в. до н. э. главный отводной канал (Сlоаса mахimа) был покрыт сводом.

Отвод воды также существенно  пополнял государственную казну. Именно в античном Риме при императоре Веспасиане был введен налог на уборные, и  именно с этого момента стала  известна сакраментальная фраза "деньги не пахнут". Осмотр водоотводных каналов  занимал у императора целый день, а это свидетельствует о значительных размерах водоотводного хозяйства  и экономической заинтересованности в его развитии. К концу III в. до н. э. число водопроводов в Риме достигло 13.

Общественные и частные  бани составляли неотъемлемую часть  жизни римлян. Значительное время  римлянин отводил посещению терм и паровых серных бань в местах естественного проистекания минеральных  вод. Строительство личных купален, бань (или терм), наряду со служением отечеству, исполнением общественного долга, определяло престиж римлянина. Более или менее состоятельные граждане строили бани не иначе как со стенами, выложенными александрийским и нумидийским мрамором, с мозаичными помостами, бассейнами из мрамора, имевшими серебряные краны. По утверждению Плиния Младшего, изнеженные римские дамы имели бани, полностью отделанные серебром. Помещения украшались статуями, огромные массы воды с шумом сбегали по ступеням. Сам Плиний построил свою купальню таким образом, чтобы, плавая в теплой воде, он мог видеть холодное море. Императорский отпущенник Клавдий Этрусск имел купальню со стеклянной крышей.

Первые термы в Риме построил в 24 г. до н. э. Агриппа, проведший  с этой целью шестой римский водопровод. До этого римляне в частных домах пользовались простыми банями или ваннами, расположенными в кухне. После Агриппы императоры и богатые люди также строили частные термы, так что к IV в. их насчитывалось более 800. До нашего времени сохранились остатки трех терм: Тита, Диоклетиана и Каракаллы. Термы назывались по имени знатных римлян, императоров или должностных лиц, построивших их. В наилучшем виде до нас дошли термы Каракаллы, построившего их главную часть. Термы могли одновременно вместить до 3 тыс. чел.

Ежедневное посещение  терм вошло в обычай в связи  с тем, что, помимо своего основного  назначения, они служили своеобразными  местными клубами, были одним из признаков "римского образа жизни". Многие римляне в течение дня могли неоднократно посещать термы благодаря их дешевизне. Термы, как правило, состояли из трех помещений, которые в соответствии с температурой подаваемой воды назывались: холодная баня (frigidariuт);

• жаркая баня (саldariuт);
• умеренно-теплая баня (зал) (teridariит).

Холодная баня (рис. 10) имела  бассейн с холодной водой, по ее сторонам были расположены ниши со скамьями и стульями. Жаркая баня имела продолговатый бассейн с горячей водой, в середине - пространство для сухой потовой бани, а в нишах стояли ванны, где можно было окатиться холодной водой.

Умеренно-теплый зал был  предназначен для согревания. Здесь  тело посетителя натирали ароматическими маслами, готовились к жаркой бане. Этот зал, отделанный самым роскошным  образом, имел шкафы для платья и скамьи для отдыха. Паровых бань в Античном Риме не было.

Помимо самих бань, термы  имели помещения, в которых нагревалась  вода и откуда горячий воздух поступал в бани. Вода разной температуры  подавалась в бани по трубам из трех больших котлов, помещенных над печью  один над другим так, что в нижнем была горячая вода, во втором - умеренно-теплая, а в верхнем - холодная. Более роскошные публичные термы имели бани с потовыми отделениями, выполненными в виде круглого зала с куполом, куда подавался горячий воздух. Для регулирования температуры в своде приоткрывалось отверстие. Такие бани имели, как правило, гардеробную, или раздевальню, где специальный служитель принимал и укладывал в шкаф одежду посетителей и следил за ней. В банях были также натиральни, чистильни, залы для научных бесед (экседры), залы для игры в мяч, места для прогулки, лавки и даже гостиницы.

Водоснабжение в  Египте

С древнейших времен воды Нила несли египтянам бедствия и процветание. Нил являлся основным источником воды в стране. Ежегодные разливы  реки обуславливали необычайное  плодородие речной долины. Однако иногда потоки воды несли с собой опустошение  земель.

Нил течет по наносной равнине, поэтому его приливы и отливы вызывают ежегодное движение земли. Когда уровень воды в Ниле становится минимальным, земля полностью высыхает. Во время разлива сухая земля  впитывает воду, как губка, и разбухает  на 30–70 см. После того, как вода спадает, земля вновь опускается до своего обычного уровня, но не равномерно.

Древний Египет занимал всю  дельту Нила на севере и тянулся  на юг по песчанику и известняку. Территоря государства была разделена  на два отдельных царства, располагавшихся  вверху и внизу по течению Нила. Около 3000 года до н. э. фараон Менес (Мена) объединил оба царства в единое мощное государство, просуществовавшее  более 3000 лет. Свое правление он начал  со строительства резервуаров для  отвода воды во время наводнений, рытья  каналов и ирригационных канав  для мелиорации болотистой почвы.

Перекрытие реки дамбой было столь важным событием, что сопровождалось церемонией с участием фараона. Предполагается даже, что фараон Менес изменил  естественное русло Нила для того, чтобы построить столицу своего царства Мемфис на месте, где до этого  текла река. Развитие инженерного искусства в Египте способствовало созданию к 2500 году до н. э. обширной системы каналов, рвов и желобов, просуществовавшей до римского вторжения. Египтяне достигли довольно высокого уровня в конструировании дренажных систем благодаря особой роли, которую вода играла в их жизни и в ритуалах очищения и похорон фараонов. По религиозным представлениям египтян смерть была лишь переходом от одной формы жизни к другой. Для загробной жизни им требовались еда, одежда и другие предметы обихода. В некоторых гробницах археологи находили и ванные комнаты. Во время раскопок усыпальницы фараона Сахуры в Абусире были обнаружены ниши в стенах и развалины каменных бассейнов. Они были отделаны металлом и могли быть использованы в качестве туалета. Сток в бассейне был перекрыт свинцовой пробкой, крепившейся цепочкой к бронзовому кольцу. Бассейн мог опустошаться через медную трубу, ведущую к коллектору, расположенному ниже. Диаметр трубы был около 60 см, а толщина ее стенок составляла около 2 см. В храмовой пирамиде, построенной Аменхотепом IV (Эхнатоном), была найдена латунная дренажная труба, ведущая из верхнего храма вдоль мощеной дороги к наружному храму на реке.

Древние египтяне широко использовали трубы и различные техники  изготовления медных сплавов. Они применяли  глиняные трубы, изготавливавшиеся  из соломы и глины. Процесс их создания заключался в следющем: сначала сушили на солнце, а затем обжигали в  печи. Совершенствуя глиняные трубы, египтяне смогли осушить самые низкие районы долины Нила, что позволило  им превратить всю страну в цветущий сад. В Египте также была изобретена и введена в широкое применение нория. Она представляла собой цепь, на которой подвешены ковши или черпаки, передвигавшиеся по кругу при помощи колеса, для захвата жидкостей и сыпучих материалов.