Poniższy artykuł opracowano w oparciu o stan prawny obowiązujący w momencie powstania tego artykułu.
Redakcja nie gwarantuje aktualności tekstu w okresie późniejszym, jak również nie ponosi odpowiedzialności za ew. stosowanie się do zawartych w nim zaleceń.

Rzymianie - starożytni inżynierowie (część III)

H2O - tlenek wodoru – woda, bez niej nie ma życia. Wiemy o tym doskonale my, wiedzieli o tym starożytni. O ile w dzisiejszych czasach wodę do miast i wsi dostarczają wielokilometrowe magistrale wodne, w których przepływ jest wymuszany i regulowany przez szereg pomp, i do dyspozycji mamy wiele nowoczesnych materiałów, z których wykonywane są rury przesyłające wodę, o tyle w czasach starożytnych na taki luksus nie można było liczyć. Dlatego w starożytności większość miejscowości sytuowana była w pobliżu źródeł, które pokrywały ich zapotrzebowanie na wodę. Były to strumienie, rzeki, jeziora czy też źródła wybijające z ziemi. Budowano też sztuczne zbiorniki do magazynowania wody. Rozrastanie się miast, zwiększanie liczby ludności, a tym samym zwiększenie zapotrzebowania na wodę, wymusiły na starożytnych wprowadzenie systemów doprowadzania wody czasami z bardzo odległych miejsc. Doprowadzenie wody do domostw było pierwszym wyzwaniem, kolejnym była konieczność usunięcia nieczystości na zewnątrz.

 

Pierwsze budowle zorganizowanej sieci wodociągów i kanalizacji są datowane na 3500-3000 lat p.n.e. i pochodzą z dorzecza Eufratu, terenów dzisiejszej północnej Syrii. Wykopaliska archeologiczne ujawniły systemy kanałów wykonanych z rur ceramicznych o przekrojach prostokątnych i kołowych. W starożytnym Egipcie znaleziono natomiast ślady rurociągów wykonanych z blachy miedzianej, przeznaczonych do odprowadzania ścieków oraz wód opadowych. Znalezisko to datowane jest na rok 2700 p.n.e. Sumerowie z kolei nadali kanalizacji cechy sieci, budując kanały z rozgałęzieniami do poszczególnych domów. Przyłącza były wykonywane z rur glinianych, zaś główne kolektory z wypalanych cegieł i płyt. Zrzut ścieków odbywał się głównie do rzek lub dołów odstojnikowych. Znane są także systemy kanalizacyjne zakończone studniami chłonnymi oraz zbiornikami wykonanymi z beczek drewnianych. Zdobycze cywilizacji Bliskiego Wschodu wykorzystywano później w starożytnej Grecji oraz Rzymie.

 

W VII wieku p.n.e. powstał w Rzymie system odprowadzania ścieków do Tybru z jego głównym kanałem zwanym Cloaca Maxima. Prawdopodobnie został on zbudowany przez jednego z etruskich królów Rzymu i pierwotnie służył do osuszenia terenów pomiędzy wzgórzami miasta oraz do odprowadzania wody deszczowej. Kanał początkowo pozostawał odkryty. W efekcie coraz powszechniejszego wykorzystania go do odprowadzania ścieków, w II w p.n.e. wyeliminowano nieprzyjemne zapachy poprzez przykrycie kanału stałym sklepieniem. Kanał o przekroju prostokątnym z przesklepieniem u góry, ma w najszerszym i najwyższym miejscu około 3,2 m. Zbierał on ścieki z całego miasta, a wykorzystywany jest również dzisiaj, głównie jako kanał deszczowy.

 

Podobnie jak sztukę budowy utwardzonych dróg (vide BzG 3/2019 „Rzymianie - starożytni inżynierowie cz. II”), Rzymianie odziedziczyli po Etruskach i doprowadzili do perfekcji sztukę doprowadzania wody z odległych miejsc do miast. To właśnie Rzymianie upowszechnili budowę akweduktów (łac. aquaeductus) - rurociągów doprowadzających wodę przy wykorzystaniu wyłącznie siły ciążenia ziemskiego (bez pomp i innych urządzeń wymagających zasilania) z odległych źródeł do miast. Wymagało to utrzymania ciągłości spadku, dlatego starożytne akwedukty wykonywano z imponującą dokładnością. Spadek w rzymskich akweduktach wynosił 1,5÷3 m na kilometr, a długość niektórych linii przekraczała 100 km. Wyznaczaniem trasy wodociągu zajmował się inspektor wojskowy, który rozpoczynając pracę, szukał przede wszystkim źródeł, zapewniających odpowiednią wydajność, a woda z nich miała dobry smak i przejrzystość. Przy wyborze źródeł prócz badania stanu wody obserwowano też stan zdrowia tubylców. Gdy już wybrano miejsce, ówcześni geodeci obliczali właściwy stopień nachylenia kanału i wyznaczali jego przebieg, długość i szerokość. Wodę do akweduktów najczęściej pobierano z górskich źródeł, sporadycznie wykorzystywano ujęcia rzeczne (często ze względu na strach przed zanieczyszczeniami).

 

Aby zmniejszyć możliwość skażenia przez wody gruntowe, Rzymianie niekiedy odwadniali teren w pobliżu akweduktu. Gdy źródło znajdowało się wysoko na wzgórzach, a akwedukt był stromy, stosowano specjalne konstrukcje – wały spustowe (czasami budowane w układzie kaskadowym), celem uniknięcia uszkodzenia wodociągu, tłumiąc w ten sposób energię spadającej wody. Często stosowano je w połączeniu z basenem. W pobliżu ujęcia wody i/ lub blisko końca akweduktu, tuż przed końcowym miejscem dystrybucji wody, w mieście lub willi budowano specjalne osadniki - niektóre z nich miały specjalne ujście do odprowadzania osadów i pływających zanieczyszczeń, w innych musiały być okresowo usuwane ręcznie.

 

W celu zachowania odpowiedniego nachylenia, którego w niektórych miejscach nie zapewniał teren, budowano tunele. Budowano je również wtedy, gdy trasa akweduktu znacznie by się wydłużała. Najprostszym sposobem budowy akweduktu było wykopanie rowu, zbudowanie kanału lub ułożenie rury i zakrycie go. Prawie 80% wszystkich akweduktów rzymskich położono pod ziemią za pomocą techniki "wykop i przykryj". Woda była prowadzona w rurach ceramicznych lub ołowianych. Rury mogły być prowadzone pod ziemią oraz nad ziemią w ceglanej konstrukcji, dwu- lub trzykondygnacyjnej. Budowa wodociągów pod ziemią umożliwiała ochronę stałej dostawy wody przed armią przeciwnika oraz zabezpieczenie czystej i zdatnej wody do picia przed wszelkimi zanieczyszczeniami. Typowy rzymski akwedukt biegł na głębokości od pół metra do metra pod ziemią. Pilnowano, aby woda wypełniała rurę tylko w połowie, ewentualnie w dwóch trzecich jej średnicy. W ten sposób chciano zapobiec wszelkim potencjalnym uszkodzeniom wodociągów.

 

Podziemne akwedukty bywały oznakowane za pomocą specjalnych słupów – niewielkich znaczników wykonanych z kamienia i umieszczonych bezpośrednio w ziemi. Spełniały one dwa zadania. Po pierwsze, wskazywały trasę przebiegu wodociągów, co było szczególnie przydatne dla służb odpowiedzialnych za ich naprawę i konserwację. Po drugie wyznaczały granicę między prywatnymi gruntami, a trasą przebiegu akweduktu. Przekraczanie tej granicy było zabronione. Wiele akweduktów zostało wyposażonych w studnie z włazami, które pozwalały na ich przegląd i konserwację. W pewnym okresie miasto Rzym zatrudniało w tym celu około 700 pracowników. Studnie były pionowymi szybami inspekcyjnymi, rozmieszczonymi zazwyczaj w regularnych odstępach. Jeden lub dwa oddalone od siebie o 35,5 m lub 71 m. W projekcie sieci wodociągowej uwzględniano także zabiegi konserwacyjne. Kiedy zachodziła potrzeba przeprowadzenia większych napraw, inżynierowie mogli tymczasowo zmienić kierunek przepływu wody, by omijała uszkodzony fragment!!! Starano się też zachować zasadę budowania domów i sadzenia drzew w odległości 4,5 m od kanału, aby go nie uszkodzić.

 

Dla uzyskania odpowiedniego poziomu spadku kanału czasami budowano dodatkowe ściany - tylko dla wysokości mniejszej niż 2 metry. Aby uzyskać akwedukt na poziomie wyższym niż 2 metry, stosowano konstrukcję arkadową. Niewątpliwie sukces rzymskich akweduktów tkwił w technice budowy arkad, która pozwoliła Rzymianom na przerzucanie wodociągów nad dolinami i nierównościami terenu, znacznie skracając długość ich trasy. Niektórym rzymskie akwedukty kojarzą się tylko z arkadami . Na przykład akwedukt prowadzący od źródła w Uzès do oddalonego o 12 km Nîmes we Francji, jest budowlą o łącznej długości około 50,0 km i całkowitym spadku 17,0 m. Składa się z szeregu tuneli i mostów wzniesionych z bloków kamiennych bez użycia zaprawy. Budowę akweduktu rozpoczęto za panowania cesarza Klaudiusza w 40 r., a zakończono za cesarza Trajana - około roku 60. Odcinek zwany Pont du Gard to trzypiętrowa arkada o wysokości 49 m i 275 m długości. Dolna część pełniła rolę mostu przebiegającego nad rzeką Gardon. Na górnej umieszczono kanał prowadzący wodę. Całkowita długość zachowanego odcinka akweduktu wynosi około 270 m. Akwedukt dostarczał dziennie wodę w ilości około 20 tysięcy metrów sześciennych. Woda trafiała do zbiornika o średnicy 6 m, skąd rozprowadzana była do domów mieszkalnych, term i fontann. Poszczególne części arkady zbudowano z różnej liczby łuków: sześciu w dolnej kondygnacji, jedenastu w środkowej i trzydziestu pięciu w najwyższej. Na akwedukcie były kręcone m.in. sceny do filmu Jerzego Kawalerowicza "Quo vadis". Pont du Gard przedstawiony jest też na banknocie o nominale 5 euro.

 

 

Jednym ze sposobów przekraczania naturalnych przeszkód, takich jak doliny i depresje, było budowanie odwróconego syfonu. Woda z wodociągu trafiała do zbiornika dystrybucyjnego, często nazywanego zbiornikiem głównym. Rząd równoległych (ołowianych) rur opuszczał drugą stronę zbiornika i schodził do doliny, przekraczając najniższy odcinek doliny na moście, a następnie wspinał się na drugą stronę do basenu "odbierającego", z którego woda dalej płynęła murowanym kanałem do miejsca przeznaczenia. Trzy głębokie doliny pokonywały kanały doprowadzające wodę do Lyonu, dlatego rury tworzące w dolinie syfon umieszczono na arkadach (15–18 m), a w celu redukcji ciśnienia kierowano wodę nie do jednej dużej, tylko kilku rur o mniejszej średnicy. W Arles zasadę syfonu wykorzystano, układając osiem nitek ołowianych rur na dnie Rodanu, każda po 200 m. W 2011 r. archeolodzy natrafili na ich pozostałości na głębokości 12 m. Okazało się, że mające 3 m cylindry łączono za pomocą ołowiu, potem rurociągi umieszczano w otulinach z drewna w odległości 50 m od siebie.

 

Po wybudowaniu "linii przesyłowej" akwedukty kończyły się basenem dystrybucyjnym, porównywanym ze współczesną cysterną. Lokalizowano go w górnej części miasta lub w pobliżu willi. Z basenu dystrybucyjnego woda była prowadzona za pomocą rur ołowianych lub ceramicznych do ulicznych fontann, budynków kąpielowych, fontann ozdobnych, a czasami do prywatnych użytkowników. Prywatni użytkownicy (bardzo nieliczni) posiadali własne zbiorniki magazynujące wodę (castella privata). Nieodzownym elementem castella były calices, czyli wodomierze kielichowe odpowiadające współczesnym licznikom!!! Przybierały kształt dyszy lub tuby o standardowych wymiarach i długości przynajmniej 21,6 cm. Calix była montowana w każdym przewodzie odprowadzającym wodę ze zbiornika. Wcześniej każdą dyszę poddawano ocechowaniu, umieszczając na niej symbole legislacyjne. Dzięki temu calices pozwalały na kontrolowanie dystrybucji i zużycia wody. Calices były więc podstawową jednostką miary ilości wody dostarczanej w ramach miejskiego systemu dystrybucji.

 

Akwedukty dostarczały wodę także do publicznych latryn. Latryny obsługiwały 12-60 osób naraz.

 

Pierwszy rzymski akwedukt - Aqua Appia - (wzniesiony w 312 roku p.n.e. przez cenzora Appiusza Klaudiusza) liczył 16 km długości i w większości biegł pod ziemią. Drugim akweduktem był Anio Vetus, wzniesiony w 272 roku p.n.e. Doprowadzał on wodę z odległości 63,5 km, a ponad 300-metrowy odcinek prowadzony był na arkadach. Do dziś częściowo zachował się akwedukt Aqua Claudia (wybudowany w czasach cesarza Klaudiusza, ukończony w 52 r. n.e.), który liczył 69 kilometrów, z czego jakieś 10 kilometrów stanowiły konstrukcje arkadowe sięgające nawet 27 metrów wysokości. Z kolei najdłuższym rzymskim akweduktem był ten wybudowany w Konstantynopolu (ponad 90 km). Na początku III wieku n.e. sam Rzym korzystał z 11 większych akweduktów. System miał przeszło pół tysiąca kilometrów długości, częściowo przeprowadzony był pod ziemią, częściowo na mostach lub w krytych kanałach naziemnych. Imponująca jest trwałość akweduktów rzymskich, gdyż niektóre z nich, jak pochodzący z roku 144 p.n.e. Aqua Marcia, z roku 20 p.n.e. Aqua Virgo lub z roku 111 n.e. Aqua Traiana są czynne do dnia dzisiejszego. W miarę jak cesarstwo rzymskie obejmowało swym zasięgiem kolejne tereny, budowano następne akwedukty.

Podróżując po Azji Mniejszej, Francji, Niemczech, Hiszpanii i Afryce Północnej, wciąż możemy podziwiać starożytne cuda sztuki inżynieryjnej. M.in. największą atrakcją hiszpańskiego miasteczka Segovia jest akwedukt będący pozostałością po rzymskiej obecności na półwyspie Iberyjskim. Został on zbudowany przez Rzymian w celu transportu wody z oddalonego o kilkanaście kilometrów górskiego źródła Fuenfría. Prawdopodobnie powstał w drugiej połowie I wieku lub na początku II wieku, w czasach cesarza Wespazjana lub Nerwy. W najwyższej części mierzy on prawie 30 metrów. Cała konstrukcja składa się 167 łuków; zbudowana jest z granitowych bloków, połączonych bez zaprawy.

 

Akwedukty budowane są także współcześnie. Jednym z takich obiektów jest Arizona Cap Canal liczący niemal 550 km długości. Płynie nim woda z rzeki Kolorado do pustynnych obszarów stanu Arizona.