Акведук — это водоток, построенный для транспортировки воды от источника к удаленному пункту распределения. В современной инженерии термин акведук используется для обозначения любой системы труб, канав, каналов, туннелей и других сооружений, используемых для этой цели. Термин акведук также часто конкретно относится к мосту, несущему искусственный водоток. Акведуки использовались в Древней Греции, древнем Ближнем Востоке и Древнем Риме. Простейшие акведуки — это небольшие канавы, вырубленные в земле. В современных акведуках могут использоваться каналы гораздо большего размера. Акведуки иногда частично или полностью проходят через туннели, построенные под землей. В современных акведуках также могут использоваться трубопроводы. Исторически сложилось так, что сельскохозяйственные общества строили акведуки для орошения сельскохозяйственных культур и снабжения крупных городов питьевой водой.
Этимология
Слово акведук происходит от латинских слов aqua (вода) и ductus (ведомый или направляемый).
Древние акведуки
Хотя акведуки особенно ассоциируются с римлянами, они были изобретены гораздо раньше в Греции, на Ближнем Востоке, в долине Нила и на Индийском субконтиненте, где такие народы, как египтяне и хараппцы, построили сложные ирригационные системы. Акведуки в римском стиле использовались еще в 7 веке до нашей эры, когда ассирийцы построили известняковый акведук длиной 80 км, который включал участок высотой 10 м, пересекающий долину шириной 300 м, для подачи воды в их столицу, Ниневию.
Крит
Хотя акведуки особенно ассоциируются с римлянами, они, вероятно, были впервые использованы минойцами около 2000 года до нашей эры. Минойцы разработали то, что тогда было чрезвычайно совершенной ирригационной системой, включавшей несколько акведуков.
Декан
Считается, что на Индийском субконтиненте есть одни из самых ранних акведуков. Доказательства можно найти на территории современного Хампи, Карнатака. Массивные акведуки возле реки Тунгабхадра, поставляющие оросительную воду, когда-то были длиной 15 миль (24 км). Водные пути подавали воду в королевские ванны.
Оман
В Омане времен железного века, в Салуте, Бате и других местах была построена система подземных акведуков, называемых фаладж или канатс, представляющая собой серию вертикальных шахт, похожих на колодцы, соединенных пологими горизонтальными туннелями.
Существует три типа фаладжа:
- Дауди (ااوودية) с подземными акведуками
- Гайли (الغيلية ) , требующий строительства плотины для сбора воды
- Айни (العينية ) , источником которого является источник воды
Это позволило процветать крупномасштабному сельскому хозяйству в условиях засушливых земель.
Персия
В Персии, начиная примерно с 3000 лет назад была построена система подземных акведуков, называемых канатами, представляющая собой серию вертикальных шахт, похожих на колодцы, соединенных пологими туннелями. Этот метод:
- поступает в подземные воды таким образом, что вода подается на поверхность без необходимости откачки. Сток воды осуществляется под действием силы тяжести, при этом место назначения ниже источника, который обычно представляет собой водоносный горизонт на возвышенностях.
- позволяет транспортировать воду на большие расстояния в жарком сухом климате без потери значительной части исходной воды в результате просачивания и испарения.
Петра, Иордания
По всей территории Петры, Иордания, набатейские инженеры использовали в своих интересах каждый естественный источник и каждый зимний ливень, чтобы направлять воду туда, где это было необходимо. Они построили акведуки и системы трубопроводов, которые позволяли воде течь через горы, через ущелья и в храмы, дома и сады жителей Петры. Прогуливаясь по Сику, можно легко заметить остатки каналов, по которым вода направлялась в центр города, а также прочные удерживающие дамбы, сдерживавшие мощные паводковые воды.
Греция
На острове Самос туннель Эвпалинос был построен во времена правления Поликрата (538-522 гг. до н.э.). Он считается подземным акведуком и доставлял пресную воду в Пифагорейон примерно тысячу лет.
Римский
Римские акведуки были построены во всех частях Римской империи, от Германии до Африки, и особенно в городе Риме, где их общая протяженность составила более 415 километров (258 миль). Акведуки подавали пресную воду в общественные бани и для питья в крупных городах по всей империи и установили инженерный стандарт, который не был превзойден более тысячи лет. Мосты, построенные из камня с несколькими арками, были отличительной чертой римских акведуков, и, следовательно, термин акведук часто применяется конкретно к мосту для перекачки воды.
Южная Америка
Недалеко от перуанского города Наска была построена древняя доколумбовая система акведуков под названием Пукиос, которая используется до сих пор. Они были сделаны из замысловато уложенных камней, строительного материала, широко используемого культурой Наска. Период времени, в который они были построены, все еще обсуждается, но некоторые свидетельства подтверждают, что примерно в 540-552 годах н.э. в ответ на периоды засухи в регионе.
В Национальном памятнике Гуаябо Коста-Рики, парке, охватывающем крупнейший археологический объект в стране, есть система акведуков. Сложная сеть открытых и крытых акведуков по-прежнему функционирует хорошо. Акведуки построены из округлых речных камней, которые в основном сделаны из вулканической породы. Цивилизация, построившая систему акведуков, остается загадкой для археологов; предполагается, что акведуки Гуаябо располагались в точке слияния древних культур ацтеков, майя и инков.
Северная Америка
Когда европейцы увидели столицу ацтековТеночтитлан, в начале 16 века, город орошался двумя акведуками. Один из них, акведук Чапультепек, построенный около 1420 года, был перестроен испанцами почти триста лет спустя. Первоначально часть его пути проходила через ныне исчезнувшее озеро Тескоко, сегодня в Мехико сохранился только фрагмент.
Шри — Ланка
Было обнаружено широкое использование сложных акведуков, которые использовались в древней Шри-Ланке. Лучшим примером является Йода Эла или Джая Ганга, водный канал длиной 87 километров (54 мили), по которому избыточная вода перекачивалась между двумя искусственными водохранилищами с уклоном от 10 до 20 см на километр в пятом веке нашей эры. Однако древние инженерные методы расчета точной высоты между двумя водохранилищами и точного уклона канала с такой высокой точностью были утрачены с падением цивилизации в 13 веке.
Современные акведуки
Современные акведуки являются центральной частью инфраструктуры распределения воды во многих странах.
Акведуки Соединенных Штатов являются одними из крупнейших в мире. Акведук Катскилл доставляет воду в Нью-Йорк на расстояние 120 миль (190 км), но затмевает акведуки на крайнем западе страны, в первую очередь 242-мильный (389 км) Акведук реки Колорадо, который снабжает район Лос-Анджелеса водой из реки Колорадо почти в 250 милях к востоку и протяженностью 701,5 мили (1129,0 км). Калифорнийский акведук, который проходит от дельты реки Сакраменто-Сан-Хоакин до озера Перрис. Проект Центральной Аризоны — самый большой и дорогой акведук, построенный в Соединенных Штатах. Он простирается на 336 миль от своего истока недалеко от Паркера, Аризона, до столичных районов Феникс и Тусон.
Акведук в Новой Зеландии, «гонка Боро Оамару», был построен в конце 19 века для доставки воды (и гидроэнергетики) примерно в 50 км от реки Вайтаки в Куроу до прибрежного города Оамару.
В Испании система акведуков Тежу-Сегура открыта в 1979 году и транспортирует воду на 286 километров (178 миль) с севера на юг.
В Китае проект переброски воды с юга на Север направлен на соединение бассейна реки Янцзы с Пекином через три отдельные системы. В рамках проекта будет повторно использоваться часть Большого канала Китая.
Дизайн
Открытые каналы
Самые простые акведуки — это небольшие канавы, вырубленные в земле. В современных акведуках могут использоваться каналы гораздо большего размера, например, в проекте Центральной Аризоны используются каналы шириной 7,3 м (24 фута). Основным фактором при проектировании всех открытых каналов является их уклон. Более высокий уклон позволяет меньшему каналу пропускать то же количество воды, что и более крупному каналу с меньшим уклоном, но увеличивает вероятность повреждения водой структуры акведука. Типичный римский акведук имел уклон около 1:4800.
Искусственные ручьи
Сконструированный функциональный ручей — это небольшой канал или акведук из камня, кирпича, бетона или другого облицовочного материала, обычно прямолинейный в поперечном сечении, для транспортировки воды из источника, такого как река, родник, водохранилище, канат, или акведук для внутреннего потребления или сельскохозяйственного орошения сельскохозяйственных угодий.
Ручьи традиционно использовались в ближневосточных и средиземноморских культурах древних и исторических эпох; и в других климатических условиях и на континентах по всему миру. Они отличаются от «канавы для воды» тем, что облицованы для уменьшения потерь на поглощение и повышения долговечности. Ирригационная система Фаладж в оазисе Аль-Айн в современном эмирате Абу-Даби использует ручьи как часть своей водной системы канат. Иногда на испанском языке их называют Acequias.
Ручейки также используются в эстетических целях в ландшафтном дизайне. Ручейки используются как узкие каналы для воды, врезанные в тротуар сада, как линейные водные сооружения, часто выложенные плиткой и являющиеся частью дизайна фонтанов.
Историческое происхождение происходит от религиозных образов райского сада, которые впервые были переведены в древние персидские сады. Позже ручейки получили исключительное развитие в мавританских (испанских) садах в Аль-андалусе, таких как Альгамбра в Гранаде; а также в других исламских садах, культурах и странах. Примеры находятся в садах парка Марии Луизы начала 20 века в Севилье, Испания; и в садах Каса дель Эрреро в Монтесито, Калифорния.
Туннели
Акведуки иногда частично или полностью проходят по туннелям, построенным под землей. Распространенный в Северной Африке и Центральной Азии вариант с вертикальными колодцами через равные промежутки времени называется канат. Один исторический пример, найденный в Сирии, Канат Фираун, простирается более чем на 100 километров.
Трубы
В современных акведуках также могут широко использоваться трубопроводы. Трубопроводы полезны для транспортировки воды на большие расстояния, когда ее необходимо перемещать по холмам, или там, где открытые каналы являются плохим выбором из соображений испарения, замерзания, загрязнения или воздействия на окружающую среду. Их также можно использовать для транспортировки очищенной воды.
Использование
Исторически сложилось так, что сельскохозяйственные общества строили акведуки для орошения сельскохозяйственных культур. Архимед изобрел водяной винт для подъема воды для использования при орошении пахотных земель.
Другое применение акведуков — снабжение крупных городов питьевой водой. Они также помогают в водоснабжении районов, подверженных засухе. Некоторые из римских акведуков до сих пор снабжают водой Рим. В Калифорнии, Соединенные Штаты, три больших акведука снабжают водой район Лос-Анджелеса на протяжении сотен миль. Два из них находятся в районе реки Оуэнс, а третий — в реке Колорадо.
В современных проектах гражданского строительства обычно требуется детальное изучение и анализ стока в открытом канале для поддержки борьбы с наводнениями, ирригационных систем и крупных систем водоснабжения, когда предпочтительным решением является акведук, а не трубопровод.
В прошлом в акведуках часто были каналы, сделанные из земли или других пористых материалов, но через такие безлинейные акведуки теряется значительное количество воды. Поскольку воды становится все меньше, эти каналы облицовывают бетоном, полимерами или непроницаемым грунтом. В некоторых случаях новый акведук строится рядом со старым, потому что его нельзя отключить во время строительства.
