История развития водопровода и канализации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

" Ярославский государственный технический университет"

заочный факультет

Кафедра Отечественной истории

Контрольная работа

по истории развития отрасли

Выполнил:

Сунгурцева В.М.

Факультет: Заочный,

Группа: ЗОВР-15

Проверил:

Кандидат исторических наук, доцент кафедры

Отечественной истории

Тюрин Б.А.

Ярославль 2012

1. ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ

1.1 ВОДОПРОВОДНЫЕ И КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ ДРЕВНЕГО ВОСТОКА

Сооружения, предназначенные для целей водоснабжения и канализации, стали воздвигать в глубокой древности, с тех пор, когда возникли первые крупные населенные пункты, являвшиеся центрами человеческой культуры и хозяйственной деятельности. Такие центры существовали в 4-3-м тысячелетиях до н. э. в долинах рек Нила, Тигра и Евфрата, где жили и развивались народы Египта, Шумера и Аккада, Ассирии и Вавилонии, Хеттии, а также на территории Индии (г. Хараппа,г. Махенджо-Даро) и Китая.

Основой культуры этих народов было земледелие, требовавшее искусственного орошения земель. Этим и объясняется образование культурных центров в долинах рек, воды которых могли быть использованы как для целей орошения, так и для обводнения. На территорий этих государств были построены грандиозные по тому времени гидротехнические сооружения, назначение которых было задерживать воду рек в паводковый период и затем расходовать их по мере надобности в сухое время года. Для этой цели была сооружена сложная сеть каналов, плотин и водохранилищ.

Первые гидротехнические сооружения Древнего Востока возникли на базе потребностей агрономического характера. Однако рост населения, связанный с развивавшимся поливным земледелием, дававшим прекрасные урожаи, и отсутствие грунтовых вод для целей водоснабжения привели к необходимости использования сети каналов для целей бытового водоснабжения. При этом некоторые из каналов впоследствии были использованы для сброса сточных вод, а наиболее крупные из них в связи с развитием торговых отношений - в качестве путей сообщения

Осуществление столь сложных гидротехнических сооружений Древнего Востока при низком уровне техники, ограниченной применением простейших орудий труда, было возможно лишь благодаря наличию огромной массы рабов, которыми располагали господствующие классы, и благодаря простой кооперации работников. «В колоссальном масштабе значение простой кооперации обнаруживается в тех гигантских сооружениях, которые были воздвигнуты древними азиатскими народами, египтянами, этрусками и т. д.». Характер и распространенность этих сооружений показывают, что строители их обладали большим запасом опыта и знаний в области гидротехники.

В Египте, Ассирии и Вавилонии применялись различные типы простейших водоподъемных механизмов типа «журавлей», ковшей, привязанных к канатам, и пр., которые служили для подъема воды из рек и каналов, для целей орошения полей и водоснабжения населенных пунктов. Для орошения вавилонских висячих садов воды из Евфрата при помощи таких же примитивных приспособлений поднималась на высоту 92 ж и затем распределялась под напором по металлическим трубам.

В местах с глубоким залеганием грунтовых вод сооружались колодцы глубиной в несколько десятков метров. Например, в Египте глубина колодцев достигала 90 м.

Водоснабжение городов-крепостей в Хеттском государстве осуществлялось с помощью тайников. При этом источник воды размещался у подошвы скалы, а подход к нему выдалбливался в ее толще.

Для целей водоснабжения и канализации применялись каменные, гончарные и металлические (медные и свинцовые) трубы. Более поздние канализационные сооружения устраивались и из обожженного кирпича.

В Китае также с древнейших времен существовало поливное земледелие, для чего была построена разветвленная сеть каналов. На берегах рек Хуанхэ и Янцзы более чем за две тысячи лет до н. э. были построены значительные гидротехнические сооружения, служившие как для защиты от наводнений, так и для водоснабжения, орошения и судоходства. Китайцы достигли большого искусства в рытье глубоких колодцев и в устройстве особых снарядов для подъема воды (вороты блоки, в том числе и дифференциальные блоки).

Представляет интерес водоподъемное колесо, сделанное из бамбук и приводимое в движение течением воды в реке или канале (рис.1)

Забор воды производился при помощи бамбуковых трубок, прикрепленных под некоторым углом к окружности колеса. При вращении колеса вода поступала в открытый конец трубки, когда она оказывалась в движущемся потоке, и изливалась через него в желоб в момент прохождения трубки через высшую точку (т. е. при переходе от подъема к опусканию).

В некоторых странах, как например в Индии, ирригационные сооружения, а также водоемы и колодцы строились с учетом местных климатических условий (например, редких, но сильных дождей).

Рис. 1. Водоподъемное колесо, применявшееся в Древнем Китае

Скопление большого количества людей на незначительном пространстве при отсутствии элементов благоустройства вызывало распространение эпидемий, обусловливавших массовую убыль рабочей силы, а иногда и поголовную гибель жителей. В связи с этим появляются и развиваются элементы гигиенических знаний и этим объясняются те заботы, которые поневоле проявляли господствующие в то время классы об общественной гигиене. Регламентация последней выливалась в форму правил религиозного ритуала. Таковы предписания всех древних религий о чистоте тела, o6 омовениях, купаниях в священных водах и т. п. Вмешательство религии в гигиену объяснялось тем, что служители религиозного культа, жрецы, представляли собой не только «божескую», но и вполне реальную человеческую власть, власть господствующего класса, заинтересованного в сохранении принадлежавшей ему даровой рабочей силы.

Согласно историческим данным родиной гигиенических и медицинских знаний следует считать Индию и Тибет. Отсюда они распространились по всему древнему миру. В Индии, например, появились первые санитарно-технические устройства по отводу и обезвреживанию сточных вод.

Особенность санитарно-технических устройств древнего мира заключалась в том, что городская и домовая канализации развивались независимо друг от друга. При этом домовая канализация применялась только для отвода воды из дворовых бассейнов и фонтанов непосредственно или после их хозяйственного использования (в ваннах, кухнях, для орошения садов и т. д.) в ближайший водный проток, тальвег или уличную канализацию. Такая канализация обычно устраивалась в дворцах властителей, храмах, общественных местах и в отдельных жилищах богатых людей.

Первоначально городская канализация устраивалась в виде системы открытых канав, стенки которых укреплялись камнем или обожженным кирпичом, а затем перекрывались каменными плитами или сводами, превращаясь в закрытый коллектор. Так получалась закрытая сплавная канализационная сеть для спуска атмосферных и частью грунтовых вод. В эту же канализацию попадали и загрязненные хозяйственные воды и экскременты.

В общем вся система разветвленных каналов представляла довольно сложное инженерное сооружение и сплеталась с системой каналов, служивших для ирригационных и судоходных целей.

Для устройства водоснабжения и канализации применялись гончарные и металлические трубы (медные и свинцовые).

Наиболее характерный тип египетской канализации, существовавшей 2500 лет до н. э., был найден в храме царя V династии Сахуре (близ Абуссира Мемфисского). Наружная канализация, предназначенная для отвода дождевых вод с территории двора, состоит из ряда желобов, высеченных в каменных плитах, которыми замощена площадь двора. Желоба имеют глубину и уклон, достаточные для отвода дождевых вод

Рис. 2. Канализация храма 5-й династии Сахуре (близ Абуссира Мемфисского);

1-закрытый лоток, выдолбленный в толще замощения коридора у камер сокровищ; 2-поворот лотка, найденный у ворот; 3-кусок медной трубы, найденный в толще замощения; 4-поперечное сечение лотка на северном дворе; .5-камеры сокровищ; 6-двор с колоннадами; 7-передняя комната; 8-выпуск канализации

(рис. 2). Внутренняя канализация, служившая для отвода загрязненных вод, состояла из труб диаметром 45 мм, изготовленных из медных листов толщиной 1,5 мм, прокатанных в шве. Эти трубы уложены между известняковыми плитами и переходят во дворе в закрытые лотки, выдолбленные в толще дворового замощения. Загрязненная вода отводилась за пределы сооружения.

Примером более поздних сооружений может служить открытая французским ученым В. Плэс канализация дворца ассирийского царя Саргона в Харсбаде, относящаяся к VII в. до н. э. (рис. 3). Приемником канализации служило круглое отверстие в верхней плите, через которое сточные воды попадали в вертикальный колодец, а из него по ответвлению в главный канал. Дно канала выстлано по асфальту известняковыми плитами размерами 1,12x1,12x0,1 м. Плиты на несколько сантиметров шире канала. Овод канала выполнен из обожженного кирпича без применения раствора. Такая конструкция свода давала возможность в случае необходимости разобрать часть свода и проникнуть в канал.

В целях защиты от размыва поверхностной водой над сводом канала устраивалась мостовая из двух рядов обожженного кирпича которых нижний располагался на слое песка, а под вторым находился слой асфальта. Очертание свода свидетельствует о том, что ассирийцы эмпирически следовали законам статики.

Рис. 3. Канализация дворца ассирийского царя Саргона в Харсбаде

а-разрез; б- план; в-разрез по главному каналу

1-верхняя плита с отверстием 0,1 м

2-вертикальный колодец; 3-ответвление; 4-главный канал; 5-известковые плиты; 6-замок свода

На Древнем Востоке отмечены случаи использования хозяйственных сточных вод дворцов и храмов для орошения садов и огородов.

1.2 ВОДОПРОВОДНЫЕ И КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ ДРЕВНЕЙ ГРЕЦИИ И РИМА

Наиболее грандиозные и прекрасные водопроводные и канализационные сооружения древности были созданы в Древней Греции и Риме. Остатки этих сооружений, дошедшие до нашего времени, а также описания их имеющиеся в произведениях некоторых древних писателей дают возможность судить о них с гораздо большей точностью, чем об аналогичных устройствах Древнего Востока. По своим масштабам они нисколько не уступали современным сооружениям, а по качеству работы и по (конструктивному оформлению в течение многих столетий не имели себе равных ни в эпоху феодализма, ни даже в начальный период развития капитализма. Только капиталистическая машинная индустрия конца XIX и начала XX вв. в состоянии была уже на новой технико-экономической базе превзойти то, что было сделано греками и римлянами свыше двадцати столетий тому назад.

Водопроводные и канализационные сооружения Греции и Рима возникли и развивались вследствие все увеличивавшегося роста потребления воды для бытовых нужд, общественных надобностей, городских бассейнов, фонтанов, купален, терм, навмахий (водяных сражений в цирках), поливки садов и т. п.

На развитии строительства водопровода и канализации этих государств безусловно сказались особенности их общественного устройства. И хотя в основе античного хозяйства лежал земледельческий труд, тем не менее более развитое по сравнению с доклассовым обществом разделение труда привело к установлению господства города над деревней. Очевидно, что даже самый факт скопления населения на сравнительно небольшой территории, образующей город, вызывает заботу о централизованном водоснабжении его и о создании минимальных санитарных условий для возможного человеческого общежития.

О характере водоснабжения и канализации в Греции можно судить по дошедшим до нас остаткам этих сооружений, открытых при раскопках Шлиманом, Россом и др. В области водоснабжения и канализации. Греция много позаимствовала от более древних народов Азии и Египта. Но она довела эти сооружения до более высокого совершенства.

Источниками водоснабжения вначале были подземные воды. Греки умели каптировать воды ключей, окружая их зданиями, предназначенными культу богов. С ростом городского населения местные ключи и колодцы оказывались недостаточными для снабжения жителей водой поэтому греки начали строить цистерны для собирания дождевой воды. Таких цистерн было много построено, например, в древних Афинах. Как правило, цистерны вырывались в земле, по преимуществу в скалистом грунте, и покрывались известковой штукатуркой.

Дальнейшей стадией в развитии водоснабжения в Древней Греции было проведение воды к городу из более или менее отдаленных мест посредством водопроводов. Такие водопроводы были устроены в Микенах, Афинах, Мегаре, Фивах и других городах. В качестве источников водоснабжения использовались ключи, реки, искусственные резервуары, сооружаемые для сбора и хранения дождевых вод. Вода подводилась к месту потребления по подземным каналам и трубам. При сооружении подземных водопроводов греки, вероятно, руководствовались военными соображениями, предусматривавшими бесперебойное снабжение водой осажденных городов и укрытие водопроводов от противника, а также стремлением сохранить воду в чистом и свежем состоянии.

Афины в период своего наибольшего расцвета при населении около 200 тыс. человек имели 18 водопроводов. Греки достигли большого искусства в изготовлении труб из камня, глины, свинца и бронзы. Трубы укладывали иногда в тоннелях, устроенных обычно в скалистом грунте, но чаще непосредственно в грунте. Стыки труб тщательно заделывались известковым раствором или заливались свинцом.

При переходах через реки и овраги устраивались дюкера и сифоны. Применялась также запорная арматура, деревянные или металлические краны. Витрувий приписывает греку Ктезивию, ученику Герона, изобретение нагнетательного насоса (150 лет до н. э.), который состоял из двух цилиндров и воздушного резервуара. Кроме городов Греции, водопроводы сооружались и в ее колониях, например в Патаре (Ближний Восток), в Пергаме, Херсонесе (в Крыму, близ Севастополя) и др.

На территории Древней Греции и ее колоний обнаружено также существование весьма совершенных для того времени канализационных сооружений. Их остатки найдены в Афинах, Микенах, Тиринсе, Олимпии, Пергаме, Александрии, Прине, на островах Самосе и Крите (дворец Кносос) и в других местах.

Рис. 4. Главный коллектор канализации Афин

В Афинах, например, найдена часть главного коллектора с впадающими в него боковыми ответвлениями. Сточная жидкость с улиц и из ближайших зданий по разветвленной системе труб малого размера собиралась в главный коллектор, откуда попадала в большой резервуар. От последнего шло несколько подземных каналов и труб, распределявших воду по полям орошения. Резервуар, по-видимому, служил для осветления и распределения сточных вод, что подтверждается остатками затворов, дававших возможность распоряжаться ее выпуском.

Судя по сохранившимся остаткам канализационных сооружений, главный коллектор канализации Афин представлял собой выполненный из камня канал полукруглого сечения шириной от .2,8 до 4,2 ж. Этот коллектор, повидимому, частью шел по руслу некогда открытого водного протока, что подтверждается также формой сечения ,и конструкцией его стенок (рис. 4).

Разветвления, разводившие воду по полям орошения, представляли собой каменные или кирпичные каналы или водоводы из гончарных труб (рис. 5).

Следует отметить, что первым сочинением по гидравлике, служившим основой для расчета водопроводных и канализационных сооружений, является трактат греческого физика Архимеда «О плавающих телах», написанный за 250 лет до н. э. Им же была изобретена водоподъемная машина, названная «архимедовым винтом».

Рис. 5. Греческие трубы

Она представляла собой открытую с двух сторон цилиндрическую трубу длиной 4-6,5 м, по оси которой устроен вал с винтовой поверхностью. Машина устанавливалась под углом к горизонту и одним концом погружалась в воду. При вращении винта жидкость поступала через нижний конец и, непрерывно поднималась вверх, изливаясь через верхнее отверстие.

Древние римляне искусство строительства водопроводных и канализационных сооружений заимствовали от этрусков и отчасти греков. Хотя в конструкциях и технике выполнения этих сооружений римляне не подвинулись далеко вперед, однако они превзошли своих предшественников по размаху и грандиозности созданных сооружений. В городах Древнего Рима вода в изобилии подавалась для питьевых целей, в бассейны для купанья, термы (горячие бани), фонтаны, на поливку растений и т. д. Все эти устройства, помимо утилитарного назначения, представляли собой прекрасные архитектурные комплексы. Например, фонтаны бассейны и другие устройства, предназначенные для общественного пользования водой, были в Риме чрезвычайно многочисленны и обыкновенно украшались скульптурами- мраморными или бронзовыми статуями Юпитера или аллегорическими фигурами, скрывавшими в себе водопроводные трубы, причем пасть или другая часть тела фигуры служила устьем, через которое изливалась струя воды (наподобие фонтанов в Петродворце). Термы представляли собой величественные дворцы, роскошно отделанные мозаикой и мрамором, причем трубы и краны часто делались из массивного серебра. В театрах для освежения зрителей из труб разбрызгивалась вода, часто вместе с благовониями.

Для подвода воды к Риму были построены в течение примерно пяти столетий (начиная с 313 г. до н. э.) знаменитые четырнадцать Римских водопроводов общей длиной 436 450 м, в том-числе 63 774 и акведуков, дюкеров, сифонов и 2405 м тоннелей.

Не имея соответствующих машин для создания напора в сети, они стремились к устройству гравитационных водопроводов, используя источники водоснабжения по возможности на более высоких отметках, чем сам город. Подходя к Риму, водопроводы разных уровней при пересечении друг с другом требовали сложных устройств. Некоторым из таких водопроводов римляне придавали вид величественных монументальных архитектурных сооружений, частью сохранившихся до настоящего времени.

Материалом для акведуков служил тесовый камень, бут или кирпич, а впоследствии и бетон. При пересечении долин акведуки большей частью поддерживались рядами аркад в один или несколько этажей, причем один из этажей служил для пропуска дороги или второго дука.

Общая подача воды в Рим по тому времени достигала огромных размеров. Так, по самым скромным подсчетам, по Гершелю, суточная подача воды в Рим фактически составляла 227 000 м3, что при населении города в 300-400 тыс. человек составляло минимум 560 л на человека в сутки.

Вода, поступавшая в Рим, была в общем низкого качества, мутной и довольно жесткой (от 11 до 48°). Поэтому римляне устраивали у концов

каналов осадочные бассейны, преимущественно горизонтального типа, с расчетной продолжительностью пребывания воды в них около часа. Характерно, что некоторые бассейны были двухъярусные. Вода под напором сначала поступала в нижний бассейн, а затем в верхний и далее вытекала в город.

Из многочисленных канализационных сооружений Рима заслуживает внимания знаменитая Клоака Максима, сооружение которой, согласно преданиям, было начато

Рис. 6. Наиболее характерные сечения канала Клоака Максима этрусскими техниками при Тарквинии Приске (616-578 дон. э.). Первоначально Клоака предназначалась для осушения низменной болотистой части Рима и состояла из открытой канавы, а затем из закрытого подземного канала, идущего к р. Тибру. По-видимому, этот канал расположен на месте ранее протекавшего здесь ручья.

При Тарквинии Гордом (534-509 до н. э.) к клоаке пристроили боковые каналы и она, кроме грунтовых вод, стала отводить и нечистоты. В дальнейшем канализационная сеть частью была переделана и расширена таким образом, что она принимала загрязненные сточные воды с большей части города и выпускала их в р. Тибр. Эта сеть исправно исполняла свое назначение по отводу из Рима хозяйственно-бытовых и дождевых вод в течение многих столетий вплоть до конца XIX в.

Рис. 7. Устье Клоаки Максима

Главный коллектор римской канализации Клоака Максима имел ширину от 3,15 до 4,5 м, а высоту -от 4,1 д0 4,2 м; другие сточные каналы имели меньшие размеры. Он, так же как и другие каналы, выполнен из больших тесаных камней размерами 2,5x1,0x0,8 м (рис. 6) Стенки его, сложенные насухо из 3-5 рядов камней, были перекрыты цилиндрическими сводами из тщательно отесанных камней. Более поздние постройки (императорской эпохи) делались из бутовой кладки с облицовкой внутри треугольным кирпичом и перекрывались вместо свода двумя наклонно поставленными рядами больших кирпичных плит. Уклоны каналов колебались от 1:36 до 1:1100.

С поверхностью земли клоаки соединялись вертикальными колодцами, служившими для приема нечистот, очистки и вентиляции подземной сети.

В Древнем Риме имели место случаи утилизации сточных вод, в том числе и для орошения садов. В литературе есть упоминание о том, что - в период высоких вод в Тибре сточная вода из канализации собиралась в специальный пруд, назначение которого точно не установлено. Предполагают, что в этом пруду разводили рыбу.

В Риме, Помпее и других городах устраивались общественные, уборные, которые почти всегда соединялись с уличной канализацией (рис. 9). Они располагались на форумах, при термах, театрах, дворцах, на оживленных улицах и т. д. Часть их сдавалась арендаторам, которые взимали плату за пользование ими. Во время Деоклициана (III в.) в Риме было 144 платных общественных уборных.

Римляне устраивали канализацию и в городах завоеванных государств. Известно, например, существование канализации в Никадимии, Дамаске, Пальмире и других городах Римской империи.

Большое внимание уделено изысканию источников водоснабжения и строительству водопроводов в трудах Витрувия, а также Фронтина (I в. н. э.). В трудах Фронтина «О водопроводах» приводятся эмпирические данные об устройстве водопроводов, а также некоторые намеки на истечение жидкости из конических насадок. Однако эти работы не продвинули вперед теоретические принципы гидравлики, изложенные в труде Архимеда.

Рис. 9. Общий вид уборной в Помпее

Л-приемник с сидением;

В-приемник без сидеиия;

С-писсуар

С разложением Римской империи, вызванным кризисом рабовладельческого хозяйства, сначала сокращается, а затем и вовсе прекращается строительство водопроводов и канализации. Кроме того, ранее существовавшие водопроводные и канализационные сооружения постепенно начинают приходить в упадок, и, наконец, в 594 г. последнее водопроводное сооружение совершенно прекращает свою работу.

Народившемуся новому общественному порядку - феодализму - с преобладанием мелкого крестьянского хозяйства, с господством деревни над городом не нужны были не только римские водопроводы, но и г. Рим со всеми его многочисленными и грандиозными общественными сооружениями.

1.3 ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ В СРЕДНИЕ ВЕКА

Упадок водопроводных и канализационных сооружений античного периода и полнейший застой в этой области характерен вплоть до XVI в., когда в недрах феодального общества начинает вызревать новый капиталистический способ производства. И действительно, феодализм, базой которого было мелкое земледелие и производство самостоятельных мелких ремесленников, не нуждался в подобных централизованных сооружениях. Население каждой деревни, для того чтобы удовлетворять свои ограниченные потребности в воде, селилось на берегах рек, или недалеко от открытых водоемов, или там, где нетрудно было добыть подземную воду рытьем колодцев. Удаление же нечистот особых затруднений не вызывало, так как они вместе с навозом могли быть утилизированы на поле или предоставлены естественному самоочищению редко заселенной земли или водоемов. Что же касается городов, то последние до XII в. представляли собой не что иное как большие деревни, окруженные стенами и рвом; лишь постепенно из городов стали исчезать виноградники, пашни и сады и на их месте появились хижины ремесленников, склады и лавки торговцев. Городской строй базировался на системе цеховой организации ремесел и отвечал феодальным отношениям, сложившимся в землевладении.

Количество городов и число жителей в них было незначительно. Большие города античного мира, которые раньше насчитывали сотни тысяч жителей, опустели. Храмы и театры римских городов стали местом добычи камня, из которого тогдашние властители брали материал для строительства своих церквей и монастырей. Рим, который раньше насчитывал сотни тысяч жителей, в VII в. имел их едва ли 35 тыс. В Германии не было городов с населением более 10 тыс. человек.

Лишь в позднее средневековье города благодаря постепенному развитию промышленности и торговли стали играть большую роль. Тогда и число их в некоторых европейских странах стало увеличиваться. В узких и тесных улицах средневекового города каждое из мелких хозяйств удовлетворяло потребности в воде из колодцев, вырытых в своем дворе или тут же на улице, или из ближайших водных протоков. По мере роста городов и недостатка воды в местных источниках ее стали искать в более удаленных окрестностях и рыть более глубокие колодцы. Первые пробуренные колодцы, относящиеся к XII в., по-видимому, были в графстве Артуа (Франция) и носят, поэтому название артезианских колодцев.

Водоснабжение и канализация на Руси развивались в соответствии с. требованиями каждого исторического периода. Русским городам, располагавшимся, как правило, на равнинной водообильной местности, для обеспечения их водоснабжения не требовались сложные искусственные гидротехнические сооружения типа, например, акведуков. Характер водоснабжения городов часто диктовался военными соображениями. В тех случаях, когда город располагался на горе и колодцы должны были быть глубокими, их рыли под горой. Из оборонных соображений доступ к колодцам или открытым источникам водоснабжения осуществлялся тоннелями, которые назывались «тайниками» (рис. 10).

Раскопками, произведенными в Новгороде незадолго до Великой Отечественной войны акад. А. В. Арциховским, обнаружен самотечный водопровод, проведенный от родников, по-видимому, к княжескому дворцу на древнем Ярославовом дворище. Трубы этого водопровода состояли из двух выдолбленных и плотно пригнанных, но не скрепленных пластин. Внутренний диаметр

Рис. 10. Тайник г. Воронежа (реконструкция)

труб составлял около 140, а наружный - 300 мм. Здесь же был раскопан канал из бревен в четыре бревна, перекрытый толстыми обтесанными пластинами и берестой. Канал не имел дна, и надо полагать, что он предназначался для осушения почвы. Благодаря наличию грунтовых вод канал хорошо сохранился. Весь комплекс подземных труб, раскопанный акад А. В. Арциховским, относится к концу XI и началу XII вв.

Самотечные водопроводы в XII-XV вв. устраивались также и для обеспечения водой промыслов: солеварения, квасоварения (Новгород, Старая Русса и др.).

В конце XVв. в Московском Кремле был создан водопровод, источником водоснабжения которого служил мощный родник, выбивавшийся в подземелье Угловой (Собакиной, Арсенальной) башни. Вода подавалась посредством каменного канала по подземным ходам, при этом внутрь Кремля вода, возможно, подавалась также и свинцовыми трубами.

Нашествие монголов значительно затормозило развитие водоснабжения на Руси, так же как и вообще развитие русской техники.

В XVII в. на Руси строилось большое количество городов, развивались разнообразные мануфактуры. Для этого требовалось большое количество воды. Источниками водоснабжения служили открытые водоемы, колодцы, а также искусственно сооружаемые пруды. Подача воды потребителям осуществлялась самотечными водопроводами, сооружаемыми из каменных или деревянных труб. Подъем все увеличивавшегося количества потребной воды не мог быть удовлетворен так называемыми журавлями с ведрами. Для этой цели стали применять блоки, вороты, четочные подъемники (норин), водяные колеса. В 1631 -1633 гг. в Московском Кремле был построен напорный водопровод. Вода из реки Москвы поднималась водоподъемной машиной, приводившейся в движение лошадью, в облицованный свинцом напорный резервуар, расположенный на башне (рис. 11). Последняя стала поэтому называться «водовзводной». Из башни вода по свинцовым трубам распределялась по Кремлю для удовлетворения хозяйственных и производственных потребностей.

Устройство централизованного водоснабжения вызывало необходимость сооружения водостоков. В Московском Кремле в XVII в. уже существовала канализация, состоявшая из отдельных открытых каналов, а также закрытых кирпичных и каменных коллекторов, отводивших хозяйственные, производственные и атмосферные воды в близлежащие водные протоки.

Следует отметить, что в городах средневековья отбросы и нечистоты, как правило, выбрасывались и выливались из домов на незамещенные улицы, которые, вследствие этого были сплошь покрыты грязью и нечистотами. Одна из таких улиц, характерных для (городов Западной Европы этого периода, изображена на рис. 12). В городах Германии и Швейцарии были специальные переулки, проходящие за домами параллельно улицам, а также перпендикулярно к ним, разделяя границы соседних владений. Эти переулки

Рис 11 Схема (профиль) водопровода Кремля XVII в. (реконструкция);

1-водовзводная башня;

2-водовзводиая палатка;

3-во-довзводиый чердак;

4-водовзводиый ларь.

5-колодец

имели ширину от 0,3 до 1 м и предназначались для стока с крыш дождевой воды и приема отбросов и экскрементов. Нечистоты почти никогда не убирались и накапливались чуть не до второго этажа, зловонная жижа, из них вытекала на улицу. В некоторых странах, как, например, во Франции, на улицы выбрасывались из окон всевозможные отбросы и выплескивались нечистоты. Таким образом, зловоние было неотъемлемой принадлежностью городов средних веков.

Отхожие места в домах средневекового города устраивались редко. В IX-X вв. нечистоты из отхожих мест стали принимать в выгреба, сооружаемые из дерева и камня и часто без отделки дна (поглощающие выгреба и колодцы), что приводило к загрязнению и заражению грунтовых вод и почвы.

Канализационные сооружения городов феодальной эпохи состояли из отдельных каналов и ручьев, протекавших по улицам и уносивших нечистоты. Иногда в целях расширения уличного движения и уменьшения зловония их перекрывали. С течением времени такие каналы образовывали некоторое подобие сточных сетей, которые в некоторых городах имели довольно значительное общее протяжение. Однако, возникая очень часто без надлежащих уклонов, эти каналы являлись в сущности раскинутыми по городу выгребами с массой гниющих отходов. Подобное санитарное состояние средневековых городов, естественно, производило к распространению эпидемий. Так, в XIV в. разразились особенно сильные эпидемии проказы, скорбута и «черной смерти» которые вызвали массовую смертность жителей. Только в середине XIV

Рис. 12. Удаление нечистот в средневековом городе

В Любеке вымерло 9 тыс., Эрфурте- 16 тыс. и Базеле- 14 тыс человек, т. е. почти все тогдашнее население этих городов. Россия того времени нисколько не отставала в этом отношении от Западной Европы. Так, в Смоленске от «морового поветрия» в 1130 г. умерло 42 тыс. человек, а в 1388 г. после такого же «мора» из всех жителей в живых осталось 10 человек и город был «затворен».

Эпидемии, хотя и побуждали к строительству водопроводов и канализаций, однако это строительство ограничивалось несколькими городами-столичными и торговыми (Лондон, Париж, Москва, Любек, Аугсбург, Ульм и др.).

В общем, эпоха феодализма в отношении развития водоснабжения и канализации населенных мест значительно отставала от уровня античного общества.

1.4 ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ В XVIII И НАЧАЛЕ XX ВЕКОВ

Развитие с середины XVI в. капиталистической мануфактуры, а затем произошедший в конце XVIII в. в связи с изобретением паровой машины промышленный переворот привели к росту промышленности и, как следствие, к увеличению количества городов и росту численности их населения. В связи с этим развивается централизованное водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий.

Достижения в области водоснабжения в первую очередь использовались для благоустройства дворцов, парков, государственных учреждений и домов крупной буржуазии. Ярким примером этого могут служить дворцы и парки Людовика XIV в Версале и Марли с их водопроводами и фонтанами, считавшимися величайшим достижением техники конца XVII в. и являвшимися образцом для подражания в XVIII в.

Большой прогресс в области техники водоснабжения был достигнут в XVIII в. Так, в 1732 г. де Мур предложил центробежные насосы для подачи воды. В 1761 г. была применена паровая машина для подъема воды из Темзы. В 1797 г. Мангольфьер изобрел гидравлический таран. В 1781 г. после усовершенствований, внесенных в паровую машину Уаттом и Больтоном, она стала использоваться для подъема воды в Париже. К этому же времени относится применение для очистки воды фильтров из пористого камня, а также установка вантузов на водопроводной сети.

Если до XVIII в. водопроводные сети устраивались из деревянных, гончарных и свинцовых труб, то в XVIII в. в Англии в этих целях получили распространение чугунные трубы, что дало возможность расширить действие водопроводов в городах. Однако удаление нечистот оставалось все еще нерешенной задачей. Так, Джон Филипс, производивший обследование состояния удаления нечистот из столицы в 1847 г. отмечает:

«Имеются сотни и тысячи домовых участков в этой столице (Лондон), выгреба которых переполнены и распространяют зловоние. Имеются также сотни улиц, дворов и переулков, лишенных стоков. Как производится удаление нечистот, а равно, как живут их несчастные обитатели не поддается описанию.

Более яркую картину антисанитарного состояния рабочих квартир и районов трудно себе представить. Причиной, заставившей английскую буржуазию, как и буржуазию других государств, приступить к строительству водопроводов и канализаций, как и к осуществлению других видов благоустройства населенных мест, явились эпидемии, которые легко распространялись в столь благодатной для них обстановке рабочих кварталов, лишая промышленные предприятия их рабочей силы. Кроме того, эпидемии легко перебрасывались и в кварталы, населенные буржуазией, и оттуда также уносили свои жертвы.

В результате эпидемии холеры в 1832-1833 гг. в Лондоне умерло 6729 человек, в 1848 г.-468, в 1849 г. - около 14 600; в 1852-1854 гг. холера снова повторилась, причем смертность только за вторую половину 1854 г. составила 10 675 человек.

После холерных эпидемий английским парламентом были приняты законы: в 1848 г. об улучшении городского хозяйства и о народном здравии и были учреждены главное управление народного здравия и местные санитарные управления. Из ряда положений санитарных законов заслуживают внимания те, по которым каждый город или селение обязаны были произвести нужные санитарно-технические работы, если общая смертность населения за последние 7 лет превысила в среднем 23% в год.

Однако санитарное оздоровление капиталистических городов, несмотря на изданные законы, подвигалось медленно. Рост рабочего населения городов опережал санитарно-технические мероприятия, и развивавшийся капитализм гораздо быстрее воспроизводил бедствия, чем их лечение.

В ходе развития строительства канализации городов Англии выявилось новое бедствие. Путем устройства разветвленной сети каналов был достигнут отвод сточных вод из домовых владений. Эти загрязненные воды отводились в близлежащие водные протоки. Вследствие все возраставшего водопотребления увеличилось и количество сточных вод. Устройство домовых водопроводов способствовало также распространению ватерклозетов которые еще более увеличивали количество сточных вод. Огромное количество чрезвычайно загрязненных вод выпускали также быстро развивавшиеся промышленные предприятия. В результате этого во (второй половине XIX в. сравнительно маловодные реки Англии в короткий срок настолько были загрязнены, что многие из них представляли собой грязные зловонные каналы, в которых вместо воды протекала густо окрашенная сточная жидкость. Из-за сильного зловония жители прибрежных населенных пунктов не могли в домах открывать окна. Зола, шлаки, строительный мусор, твердые отбросы заводов, уличный сор и другие подобные вещества в такой степени засоряли русла рек, что они местами выступали из берегов и затопляли окрестности.

Такое загрязнение рек не только было опасно в санитарном отношении, но тормозило также и развитие промышленности.

«Первая потребность паровой машины и главная потребность почти всех отраслей производства крупной промышленности - это наличии сравнительно чистой воды. Между тем фабричный город превращает всякую воду в вонючую жижу», - писал Ф. Энгельс, характеризуя капиталистический город.

Английские капиталисты старались найти выход из этого положения в развитии предприятий в сельских районах. Но и сельские районы вскоре стали превращаться в города, а общественные водоемы - в зловонные клоаки.

Это обстоятельство заставило английское правительство создать целый ряд комиссий, в результате работы которых был издан ряд законов по санитарной охране водоемов от загрязнений. Сточные воды перед выпуском в реки начали очищать, причем наибольший эффект в XIX в. в Англии дал метод очистки в естественных условиях (поля орошения). В России значительные успехи в области техники водоснабжения были сделаны в конце XVII и начале XVIII вв. При сооружении водопровода в Петербурге и Петергофе был использован опыт устройства русскими мастерами водопроводов в Московском Кремле и дворце Алексея Михайловича в селе Коломенском, а также опыт мастеров Западной Европы. Так, для питания фонтанов Летнего сада по распоряжению Петра I был сооружен Лиговский канал, истоком, которого была речка Дудергофка, вытекающая из

Дудергофского озера. На протяжении более 8 км канал протекал по искусственному руслу, а потом по насыпи (рис. 13). В городе он проходил акведуком через Обводный канал, а затем по Литовской улице до Таврического сада. Общая длина канала составляла около 23 км.

Основная цель сооружения - снабжать водой фонтаны Летнего сада - вследствие сложности проведения канала под Фонтанкой была достигнута. Поэтому вода направлялась из Литовского канала только для снабжения прудов Таврического сада, а оттуда - в Неву. В настоящее время этот канал доходит лишь до начала Лиговки и фабрики «Скороход», питая ее водой для производственных надобностей.

Изумительным шедевром гидротехники и скульптуры являются Петергофские фонтаны (ныне Петродворцовые), которые по своей грандиозности и красоте превосходят прославленные фонтаны Версаля (рис.14). Для питания водой Петергофских фонтанов и водоснабжения г. Петергофа в течение 8 недель был вырыт канал протяжением примерно 25 км. Канал берет начало из ключей «Глинта», расположенных южнее Петергофа. Все ключи выходят из Силурийского плато и являются

Рис. 14 Фонтаны в Петергофе (Петродворце)

основным источником питания канала. У деревни Низино на канале расположен «Шинкарский шлюз», регулирующий расходы воды в основном осеннего и весеннего периода.

Петергофские фонтаны впервые забили 9 августа 1721 г. В дальнейшем производилось их развитие и усовершенствование. Наиболее замечательным из многочисленных фонтанов Петергофа является фонтан «Самсон», высота струи которого равна 21 м.

В осуществлении Литовского канала, Петергофских фонтанов и других сооружений активное участие принимал архитектор Жак Леблон. Однако все работы выполнялись русскими искусными мастерами.

Во время Великой Отечественной войны немецкие фашисты разрушили фонтаны Петергофа и в значительной части водоподводящую систему После войны все сооружения и фонтаны восстановлены и служат предметом массовых экскурсий.

В 1749 г. для питания прудов в парке Царского Села (ныне г. Пушкин) на базе Виттелевских ключей, расположенных в 6 км от парка был сооружен самотечный водопровод с деревянными трубами. В 1773 г., когда этот водопровод уже не удовлетворял возросших потребностей в воде, началось строительство Таицкого водопровода. Работы по сооружению Таицкого водопровода выполнялись солдатами в неблагоприятных гидрогеологических условиях в течение 14 лет. Длина этого водопровода составляла 15,7 км, в том числе открытых каналов 5,13, минной галереи (тоннеля) - 6,72 и кирпичных труб -3,85 км.

Производительность Таицкого водопровода составляла 146 л/сек. В зимний период подача воды иногда снижалась до 28-35 л/сек. Водопровод снабжал водой пруды, каналы, а также население Царского Села и Павловска.

В 1901 -1904 гг. был построен новый, более мощный водопровод источником которого служили Орловские ключи. После ввода этого водопровода в эксплуатацию Таицкий водопровод с течением времени пришел в запущенное состояние. Работы по частичному восстановлению Таицкого водопровода

Рис. 15. Ростокинский акведук

были проведены в 1954-1955гг. Ввиду загрязнения спуском нечистот рек Неглинной, Яузы и Москвы, в конце XVIII в. но проекту и под руководством Баура в Москве был сооружен самотечный водопровод, питавшийся ключами, расположенными вблизи села Большие Мытищи. Вода из ключей собиралась в кирпичные бассейны, откуда самотеком поступала в главный канал, представлявший собой кирпичный, частично каменный тоннель, сооруженный на деревянном ростверке и деревянных сваях. Пересечение реки Яузы у Больших Мытищ осуществлено дюкером из чугунных труб, расположенных в две нитки, а у деревни Ростокино - акведуком (рис. 15).

Вода из труб поступала в каменный бассейн, сооруженный на Трубной площади, откуда она по чугунным трубам подводилась к разборным бассейнам и напорной башне, обеспечивавшей действие небольших фонтанов.

Работы по сооружению самотечного водопровода в Москве выполнялись в течение 25 лет.

В 1826 г. по проекту Яниша были начаты работы по капитальному переустройству Мытищинского водопровода. У села Алексеевского была сооружена насосная станция с двумя паровыми машинами, подававшими по чугунным трубам воду на Сухареву башню, откуда она по разводящей сети поступала к водоразборным колонкам. Однако и новый водопровод не намного улучшил водоснабжение Москвы, которое продолжало оставаться неудовлетворительным. В целях облегчения этого положения в 1853-1858 гг. в Мытищах была построена еще одна насосная станция с паровыми машинами.

Развитие промышленных мануфактур в России в XVIII в. требовало значительного количества воды, которая использовалась для приведения в движение водяных колес, охлаждения печей и удовлетворения различных технологических нужд. Увеличение потребности в воде для промышленных целей влекло за собой строительство водопроводов, в том числе и напорных. В это время начинают применяться атмосферные паровые машины типа Ньюкомена. Несколько таких типов машин (капитана Савери) было выписано Петром I для снабжения водой фонтанов еще в 1700 г. В 1771 г. генерал-квартирмейстером Бауром был основан солеваренный завод в Старой Руссе с развитым водопроводом. В 1774-1777 г. в Кронштадтском порту эксплуатировалась также большая «огнедействующая» машина, откачивавшая воду из сухих доков. Паровые машины в конце XVIII и начале XIX вв. изготовлялись на заводах Петрозаводска.

Следует отметить, что со времени Архимеда, Витрувия и Фронтина на протяжении 17 веков ничего существенного в науку гидравлики внесено не было.

Связь между практическими запросами жизни и теоретическими работами различных авторов отчетливо начала проявляться в трудах Леонардо да Винчи, Стэвина, Галилея, Торричелли и Паскаля. Труды Леонардо да Винчи, в том числе и «О движении и измерении воды», написанные им в XV в., были опубликованы только в XX в. Поэтому трудно говорить о воздействии трудов этого гениального ученого на дальнейшее развитие многих отраслей науки.

В 1586 г. была опубликована работа голландского ученого Стэвина «Начала гидростатики». Следует указать, что на работы Стэвина воззрения Леонардо да Винчи никакого влияния не оказали. В 1612 г. появилась работа итальянского ученого Галилея «Рассуждения о телах, пребывающих в воде и о тех, которые в них движутся». В 1643 г. ученик Галилея Торричелли вывел формулу скорости истечения невязкой (идеальной) жидкости из отверстий. Французский ученый Паскаль в 1650 г. дал свой закон о передаче жидкостью внешнего давления в опубликованном им трактате «О равновесии жидкостей». В 1685 г. Ньютон (1642-1727) создал основу теории внутреннего трения жидкостей и впервые ввел понятие о вязкости в жидкостях. Все эти работы оказали большое влияние на развитие гидравлики, а основные законы, изложенные в них, не претерпели изменений до настоящего времени.

Однако теоретические основы гидравлики (гидромеханика) как науки о равновесии и движении жидкостей и газов были созданы в XVII в. учеными Российской Академии наук М. В. Ломоносовым, Д.Бернулли и Л.Эйлером. В 1760г. Ломоносов опубликовал свою диссертацию «Рассуждения о твердости и жидкости тела», в которой изложил положенный в основу гидравлики закон сохранения массы и энергии.

Бернулли в 1738 г. опубликовал капитальный труд «Гидродинамика», в котором дана фундаментальная теорема гидродинамики, известная под названием «уравнения Бернулли», устанавливающая связь между Давлением, высотой и скоростью движения жидкости. После дополнения уравнения членами, учитывающими влияние сил трения, оно стало основным уравнением современной гидродинамики.

Эйлер в 1755 г. опубликовал трактат «Общие принципы движения жидкости», в котором выведены основные дифференциальные уравнения равновесия и движения невязкой (идеальной) жидкости.

Одновременно с теоретическими работами по гидравлике начал применяться экспериментальный способ изучения ее законов, синтезированных в практической гидравлике. В 1791 г. в Петербурге появилась первая книга по практической гидравлике А. Колмакова под названием «Карманная книжка для вычисления количества воды, вытекающей через трубы, отверстия или по жалобам; также и силы, какой они ударяют, стремясь с данной скоростью, с приложением правил для вычисления трений, производимых в махинах, в пользу находящихся при строении мельниц и проведении вод». В 1836 г. П. П. Мельниковым был издан курс гидравлики «Основания практической гидравлики или о движении воды в различных случаях и действие ее ударом и сопротивлением» Кроме Франции, ни в одной стране еще не существовали подобные курсы гидравлики.

В развитии практической гидравлики важную роль сыграли работы французских ученых XVIII и XIX вв. Шези, Базена, Дарси и др., изучавших движение воды в каналах и трубах. Кроме того, Дарси изучал движение воды в порах грунта, а Базен - истечение жидкости через водослив.

При гидравлических расчетах труб, каналов и естественных русел важно определить количество протекающей воды Q в единицу времени. Обычно его вычисляют по формуле Q = Fv, где F- площадь живого сечения (в м2) и v- средняя или осредненная скорость (в м/сек). Для математического выражения функциональной зависимости скорости течения от размеров сечения трубы или канала, потери напора или падения уровня поверхности воды служат многочисленные формулы скорости течения. Первоисточником и образцом для них послужила формула, предложенная в 1775 г. крупным гидротехником Шези.

v = CvRJ,

где R- гидравлический радиус;

J-гидравлический уклон или потеря напора;

С-некоторая постоянная для всех случаев течения величина.

Позже было установлено влияние на величину параметра С размеров сечения труб и каналов или их гидравлического радиуса R, шероховатости внутренней поверхности труб, каналов и русел рек, а также величины скорости течения. Поэтому формула Шези потеряла свое первоначальное значение для гидравлических расчетов.

Значительные успехи в области теории гидравлики были сделаны великим русским ученым Д. И. Менделеевым, который в работе «О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании», опубликованной в 1880 г. впервые указал на существование в природе двух режимов движения жидкости с различными законами ее сопротивления. Это открытие позволило выдающемуся ученому П. П. Петрову установить закон внутреннего трения жидкости (1883-1885), явившийся основой всей гидродинамической теории трения. Только несколькими годами позже английский ученый Рейнольде провел опыты, подтвердившие гипотезу Менделеева о существовании ламинарного и турбулентного движении жидкости.

Большой вклад в развитие гидравлики и гидромеханики сделал крупнейший русский ученый Н. Е. Жуковский, являющийся основоположником русской школы теории фильтрации. В 1898 г. он опубликовал свои работы по гидравлическому удару в трубах.

В начале XX в. русская инженерная гидравлика заняла ведущее место в мировой науке, что было окончательно закреплено после Великой Октябрьской социалистической революции, когда была установлена органическая связь науки с практикой грандиозного строительства гидротехнических сооружений, водопроводов и канализации.

Научные успехи в области гидравлики, биологии и химии в XIX в. дали большой толчок развитию вопросов очистки воды для хозяйственно-литьевых и производственных целей, а также и очистке сточных вод.

В 1829 г. Джемс Симпсон построил первый медленный песчаный фильтр в Лондоне, а в 1852 г. английский парламент принял решение об обязательном фильтровании всей воды лондонского водопровода. В 1842 г. Кларк (Англия) получил патент на известково-содовый способ умягчения воды, а в 1860-1880 гг. в связи с ростом промышленности и котельных установок получили дальнейшее развитие реагентные способы умягчения воды. В 1884 г. А. Хайят (США) получил патент на очистку воды скорыми фильтрами с предварительной коагуляцией сернокислым глиноземом, а в 1885 г. осуществлена первая установка скорых фильтров в Соммервиле (США).

В 1883 г. Роберт Кох (Германия) открыл бактерию - возбудителя холеры, а в 1884 г. Гаффки (Германия) описал возбудителя брюшного тифа. В связи с этим в 1885 г. П. Франклянд вводит регулярный бактериологический анализ сырой и фильтрованной воды лондонского водопровода.

После этого последовало изыскание мер для дезинфекции воды. Следует отметить, что в 1850 г. гипохлорит натрия был использован для обработки скважин. Иначе говоря, это было сделано ранее, чем люди узнали о заболеваниях, распространяемых водой и методами борьбы с болезнетворными бактериями. Гипохлорит натрия и хлорная известь, как метод обеззараживания воды, известны в 1887 г. В 1898 г. обеззараживание воды хлором производилось по методу Лодье и окислами хлора по методу Берже. В России хлорирование воды в Кронштадте было применено С. К. Дзержговским в 1910 г. во время холерной эпидемии в Петербурге; им же было организовано хлорирование воды на водопроводе Ростова-на-Дону в 1911 г. В Петербурге хлорирование воды было начато на главной водопроводной станции в 1913 г. «в виде крайней меры, до постройки Ладожского водопровода».

Обеззараживание воды озоном (озонирование воды) относится примерно к 1898 г.,хотя изобретение озонатора В. Сименсом относится к 1857 г. Английский патент на озонирование воды относится к 1874 г., а немецкий - к 1899 г. В России опыты по применению озона для обеззараживания воды были проведены известным русским гигиенистом Г. В. Хлопиным и К. Э. Добросклоном в 1905-1906 гг. и затем продолжены на петербургском водопроводе в 1910 г.