Реферат: Римский акведук в Ниме

Мы с Новаком проанализировали несколько возможных способов измерения расхода воды и пришли к выводу, что скорее всего римляне применяли шлюз-регулятор. Эта система, в которой вода протекала под затвором, была простой и в то же время чувствительной к изменению потока. Наши изыскания позволили предположить, что римские гидротехники понимали и использовали принцип, который, как принято считать, стал известен лишь в XIX в. Согласно этому принципу, если известен размер находящегося под водой отверстия, через который вода из канала поступает в бассейн, а также напор, т.е. разница между уровнем воды в бассейне и канале, то можно определить расход воды (см. рисунок на с. 80).

ШЛЮЗ-РЕГУЛЯТОР состоял из двух расположенных друг за другом затворов, которые перекрывали канал по ширине, а по высоте немного не доходили до его половины. Как нам представляется, шлюз-регулятор использовали следующим образом. По ночам измерения, видимо, не проводились, поэтому оба затвора в это время суток были подняты, а уровни воды в бассейне и канале были одинаковыми. Утром кастеляриус, или смотритель, с помощью веревок, пропущенных через отверстия вверху каменных плит, опускал передний затвор до совмещения отметки на нем с поверхностью воды в бассейне. При этом верхняя кромка затвора оказывалась на определенной высоте (уровне заданного напора) над поверхностью воды в бассейне. Затем смотритель опускал задний затвор, тем самым уменьшая размер подводного отверстия и заставляя воду подниматься в канале.

Смотритель продолжал медленно опускать задний затвор до тех пор, пока тонкая струйка воды не начинала перетекать в бассейн через передний затвор, что указывало на достижение водой в канале уровня верхней кромки этого затвора и тем самым заданного напора. В этот момент смотритель отмечал высоту отверстия по водомерной рейке на заднем затворе, а затем, для определения расхода воды, умножал ее показания на постоянный коэффициент. Рейка, возможно, была отградуирована на прямые показания расхода.

Мы считаем, что из всех возможных вариантов римляне, скорее всего, использовали именно метод, основанный на постоянном напоре, поскольку он более всего согласуется с археологическими данными, легко осуществим и весьма точен. Кроме того, только этот метод дает показания линейно связанные с расходом, и строители, наверняка, оценили это удобство. Указанные затворы можно было использовать не только для измерения расхода воды, но и в качестве элементов системы водоспуска с помощью некогда таинственных донных отверстий.

Количество и размеры этих отверстий можно объяснить достаточно просто. Для очистки бассейна или проведения ремонтных работ его приходилось освобождать от воды. Раньше археологи предполагали, что приток воды в бассейн мог быть прекращен на любое время, и поэтому рабочие могли сколь угодно долго ждать, пока из него сольется вода. В таком случае годилось даже самое небольшое отверстие. Однако, если поступление воды в бассейн нельзя было прекращать на долгое время, а так, видимо, и обстояло дело, то одного небольшого отверстия оказывалось недостаточно. Решение проблемы состояло в использовании нескольких больших сливных отверстий, таких, чтобы при непрерывном поступлении воды в бассейн его можно было осушать почти до дна, а при временном прекращении притока освобождать от воды полностью.

При низком расходе воды открывание всех сливных отверстий понижало ее уровень по щиколотку. Для полного осушения бассейна рабочим нужно было лишь поднять затворы и одновременно открыть сливные отверстия, затем, дождавшись, когда уровень воды в канале упадет, полностью перекрыть затворы. После этого бассейн осушался всего за полминуты. При этом воду можно было удерживать за затворами в течение примерно 20 мин. За это время рабочие успевали очистить бассейн и произвести небольшие ремонтные работы.

Каждая из рассмотренных нами конструктивных особенностей акведука заслуживает высокой оценки. Они свидетельствуют о том, что римским инженерам или сопутствовала удача, или же, что более вероятно, они были более искусными специалистами, чем обычно принято думать о них. Долго ли функционировал акведук? Известно, что он надежно работал в течение почти четырех столетий. После упадка римской империи канал пришел в запустение и его стенки покрылись толстыми кальциевыми отложениями. К VIII в. н.э. он уже был настолько забит, что оказался практически выведенным из строя. Со временем войны и землетрясения разрушили многие части акведука, а люди выламывали камни и свинец для своих нужд.

Сильно, особенно в средние века, пострадал Пон-дю-Гар. Кому-то пришла в голову безумная идея сузить опоры второго яруса с тем, чтобы освободить пространство для движения по мосту людей. Этим путем пользовались до тех пор, пока в 1740-х годах Анри Пито не соорудил по соседству мост, который в наши дни ежегодно пересекают два миллиона человек. Древний мост был надлежащим образом восстановлен лишь в 1855 г., когда император Наполеон III наконец распорядился о проведении его тщательного ремонта. Сегодня Пон-дю-Гар остается красноречивым свидетельством дерзновенных замыслов и мастерства римлян.

	МОСТ ПОН-ДЮ-ГАР, пересекающий долину реки Гардон, был одним из основных звеньев акведука в Ниме. Мост поражает воображение не только своей красотой и долговечностью, но и размерами: высота – почти 49 м, длина – 275 м. Пон-дю-Гар был самым высоким мостом из когда либо построенных римлянами. Высота его нижнего яруса с шестью арками – 21,87, ширина – 6,36 м; среднего с 11-ю арками – соответственно 19,50 и 4,56 м и верхнего, по которому проходил бетонный водовод – соответственно 7,40 и 3,06 м. Длина пролета самых больших арок составляет 24,5 м.
	ТРАССА АКВЕДУКА (красный) начиналась у источников вблизи селения Уцеция (современное название – Юзес). Отсюда акведук шел по 50-километровой дуге сначала на юго-восток к Пон-дю-Гару, а затем юго-запад, мимо современных Сон-Бонне и Сен-Жервази до Немауса (современного Нима). Вода подавалась в кастеллум (водосборный бассейн) на склоне холма в Немаусе и далее на более низкие уровни по десяти свинцовым трубам. Проложить трассу акведука кратчайшим путем, т.е. в южном направлении к Немаусу, было невозможно из-за высоких холмов.
	СОХРАНИВШИЙСЯ УЧАСТОК водного канала (слева), покрытый толстым слоем кальциевых отложений. Канал в основном проходил под землей. Та его часть, где текла вода, имела квадратное сечение (со стороной 1,2 м). Общая высота канала, вместе со сводом, – 1,8 м, достаточная для того, чтобы рабочие, обслуживавшие канал, могли стоять в нем в полный рост. В местах выхода водовода на поверхность, например на Пон-дю-Гаре (справа), стены были выше 1,2 м, а вместо свода использовали каменные плиты.
	КРИВАЯ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫСОТЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ ТРАССЫ канала над уровнем моря. Канал имел очень малый уклон (в среднем 0,34 м/км). Эта величина получается делением 17-метрового перепада высоты (между Уцецией и Немаусом) на 50 км. Несмотря на небольшой уклон, глубина воды в различных участках канала была часто оптимальной и равнялась примерно 0,6 м. Внизу приведены значения глубины основных участков канала для периодов с разными расходами воды из источников: малым (светло-синий), средним (синий) и большим (темно-синий). Следует обратить внимание, что глубина была оптимальной в самой пологой части канала (непосредственно за мостом) при минимальном расходе воды и в конечной его части (между Сен-Жервази и Немаусом) при максимальном расходе.
	НАГРУЗКИ в пролете моста (a), вызываемые ветром, определялись автором для выявления тех мест, где наиболее вероятно появление трещин в швах каменной кладки. Как показывают полученные результаты, наиболее уязвимы основания опор второго яруса (выделено рамками); при скорости ветра выше 215 км/ч может произойти отделение оснований опор от подстилающих плит. Критическая скорость ветра определялась на основе оценки сжимающих напряжений (синий), обусловленных весом каменной кладки (b), растягивающих (красный) и сжимающих напряжений, вызываемых ветром (c). Трещины в швах кладки возникают в том случае, когда растягивающие напряжения превышают сжимающие напряжения, обусловленные весом кладки (d).
	ВОДОСБОРНЫЙ БАССЕЙН (слева), вероятно, имел два расположенных друг за другом затвора, с помощью которых можно было регулировать поступление воды из канала в бассейн. Затворы служили также для измерения (справа) расхода воды в канале, величина которого определялась по разнице уровней воды в бассейне и канале, а также с учетом размера подводного отверстия переменного сечения, через которое вода поступала в бассейн. Перед измерением расхода затворы находились в поднятом положении (справа вверху), соответствующем полному расходу. Смотритель опускал передний затвор до совмещения отметки на нем с уровнем воды в бассейне (справа в центре). Потом он постепенно опускал задний затвор, пока тонкая струйка воды не начинала перетекать из канала через передний затвор в бассейн. Это указывало на достижение заданного перепада уровней (справа внизу). Расход определялся по водомерной рейке, прикрепленной к заднему затвору, или же умножением размера подводного отверстия на заданный постоянный коэффициент.