3. История развития систем водоснабжения
Первые сведения об искусственных сооружениях для добывания воды - колодцах, относятся к III тысячелетию до нашей эры. В древнем Египте уже имелись простейшие механизмы, для подъема воды из колодцев – наподобие наших “журавлей” (рис.1а). Вавилоняне владели способом подъема воды на довольно значительную высоту с помощью различных приспособлений с использованием блоков (рис.1б) и норий (рис.1в). В водопроводах Египта и Вавилона для подачи воды из резервуаров применялись трубы: гончарные, деревянные, а также металлические, свинцовые и медные. В Древнем Китае для водоснабжения использовались весьма глубокие колодцы, из которых воду доставали ведрами с помощью воротов (рис.1г) и блоков.
Рис.1. Водоподъемные устройства а) журавль; б) блок; в) норий; г) ворот:
1- ведро; 2- трос; 3- рычаг; 4- опора; 5- колодец; 6- блок; 7- ось; 8- рукоять; 9- черпаки; 10- бесконечная цепь; 11- лоток; 12- ворот
Дальнейшее развитие системы водоснабжения получили в период греко-римской цивилизации (I век до нашей эры – II-III века нашей эры); когда были заложены принципы создания централизованных систем водоснабжения. Рим императорской эпохи имел несколько водопроводов. Вода подавалась к городу самотеком по каналам. При пересечении долин или оврагов каналы прокладывались по специальным мостам – акведукам (рис.2), некоторые из них сохранились частично и до наших дней и представляют собой интереснейшие образцы древнего инженерного искусства.
Рис.2. Акведук:
1- канал (лоток); 2- опоры
В городе вода подводилась к центральным резервуарам, откуда подавалась по трубам к общественным баням и купальням, к дворцам и домам патрициев, а также к общественным фонтанам и бассейнам, которыми пользовалось население. Известно, что в Египте использовали Архимедов винт (287— 212 г. до н. э.) для полива земель, для подъема воды на возвышенности (на высоту до 4 м), которых обычно разлив Нила не достигал, и для осушения низменных местностей.
Начальные сведения об устройстве централизованных городских водопроводов в других странах относятся к XII-XIII векам. В конце XII века построен первый самотечный водопровод в Париже. В XIII веке начинается централизованное водоснабжение Лондона. К началу XV века относятся сведения об устройстве водопроводов в немецких городах.
На территории СНГ, в маловодных районах Средней Азии, частично сохранились до нашего времени своеобразные сооружения для сбора грунтовых вод – кяризы (подземные галереи). В Крыму найдены вырубленные в скалах емкости для сбора атмосферных вод.
На территории княжеской резиденции в Новгороде Великом – Ярославова дворища - при раскопках обнаружен самотечный водопровод из деревянных труб, время постройки которого отнесено к концу XI-началу XII века. Имеются сведения о самотечном водопроводе из гончарных труб, построенном в Грузии в начале XII века.
В XII-XIV веках в ряде русских городов были построены водопроводы для крепостей. В XV веке сооружен самотечный родниковый водопровод для Московского Кремля. В XVII столетии в подавляющем большинстве тайники вели к скрытому под землей колодцу с грунтовыми, ключевыми или инфильтрационными водами из открытого (поверхностного) водоема. Обыкновенно тайники устраивались из дерева, имели высоту около 2,1 м, ширину – 2,1 – 5 м, длину – до 200 м.
Основным способом подъема воды из колодцев в XVII веке были журавли, блоки и вороты. Подъем воды производился вручную. Самотечные трубопроводы для хозяйственно-питьевых целей транспортировали воду по желобам и трубам – каменным и деревянным. В 1631 в Кремле был построен водопровод, который подавал воду с помощью “ водовзводной машины” (мастера Антон Константинов и Трофим Шарутин) в водонапорную башню. Для транспортирования воды от башни к местам потребления использовались свинцовые трубы.
В 1718 г. по приказу Петра I был сооружен водопроводный канал для Летнего сада в Петербурге. В 1721 г. сооружаются знаменитые Петергофские фонтаны, которые по своим масштабам и совершенству водопроводной техники превосходят даже столь проставленные Версальские.
При Петре I начато также сооружение родникового водопровода в Царское Село (ныне г. Пушкин), законченного в 1749 г. Для Царского Села был построен крупный для того времени (длиной более 15 км) речной водопровод с забором воды из р. Таицы (1773-1787 г.г.). В 1804 г. заканчивается сооружение первого московского городского водопровода, который подавал в город самотеком грунтовую воду из села Б.Мытищи на расстояние около 16 км. До наших дней сохранился акведук Мытищенского самотечного водопровода, построенный у села Ростокино для перехода долины р. Яузы. Акведук из белого камня имел длину 356 м, высоту 15 м. В дальнейшем этот водопровод перестраивался, были построены насосные станции, самотечные водоводы заменены напорными.
Зарождение и развитие капиталистической мануфактуры вызвало и развитие водопроводной техники. Промышленная революция XVIII века обусловила строительство фабрично-заводских водопроводов. В то же время сброс промышленных сточных вод в открытые водоемы привел к их сильному загрязнению и поставил вопрос об изыскании источников чистой воды. Применение паровых насосов позволило значительно увеличить дальность транспортирования воды.
В течение XVIII века в России значительно развилось техническое водоснабжение для получения водной энергии, приведения в движение водяных колес и для различных промышленных целей. Особенно много было сделано в горной промышленности, где для подъема воды широко применялись насосы, водяные колеса и паровые машины, систематическое производство которых и широкое распространение в водопроводном деле относят к началу XIX века. К середине XIX века паровая машина Уатта успешно работает на водопроводах городов и отдельных объектов. В частности Мытищенский водопровод переустраивается на новой технической основе (паровые машины, напорный водопровод) в 1826-85 г.г. и в 1853-58 г.г. Только в 1859 году были начаты работы по устройству водоснабжения Петербурга.
В первой половине XIX века начинается широкое распространение хозяйственно-питьевых водопроводов, преимущественно обслуживающих богатые центральные кварталы городов и населенных мест. В это же время в России устраивается ряд военных водопроводов для снабжения водой сухопутных морских крепостей, доков, лагерей и др.
Развитие потребностей в воде и затруднительность устройства или высокая стоимость водопроводов повели к широкому развитию и использования подземных вод посредством буровых скважин.
Вторая половина XIX века характеризуется устройством централизованных систем водоснабжения в городах: Саратов (1857 и 1875г.г.), Москва (1858), Петербург (1861) и (1876г.г.), Ярославль (1862), Новочеркасск (1865г.), Тверь (1865г), Ростов-на-Дону (1866г.), Киев (1870г.), Одесса (1873г.), Екатеринослав (1873), Саратов (1873г.), Казань (1875г.), Харьков (1879г.), Тура (1894г.), Самара (1886г.), Царицын (1890г.).
Паровая машина становится основным двигателем на насосных станциях, а поршневые (плунжерные) насосы - повсеместным средством подъема воды. Вместе с тем в конце XIX- начале XX веков начинается применение не только горизонтальных центробежных насосов (Одесса), но и вертикальных центробежных насосов с электрическими двигателями (Москва). Широкое распространение для транспортирования воды получают чугунные трубы, городские водопроводные сети для повышения их надежности устраивается кольцевыми, широкое распространение получают домовые водопроводы.
В 1900г. начал строиться и в 1904г вступил в действие первый москворецкий водопровод с приемом воды у деревни Рублево, суточной производительностью 100000 м3, что соответствовало норме водопотребления 60 литров в сутки на человека.
И все же в 1913г. из 1063 городов Российской империи лишь 219, или 20,6%, обслуживались водопроводами.
Первая мировая и гражданская война в России нанесли серьезный урон народному хозяйству страны и, в частности, водопроводам. Многие из них не имели возможности во время восстанавливаться и, тем более, развиваться, и пришли в упадок. Поэтому в первые годы советской власти основное внимание было уделено налаживанию работы водопроводов. В дальнейшем продолжалось массовое строительство централизованных водопроводов в тех городах и райцентрах, где их раньше не было. После постройки канала им. Москвы пущены в эксплуатацию Восточная, Западная и Северная водопроводные станции, в качестве источников водоснабжения использованы р. Москва, каналы, р. Волга (Ивановское водохранилище).
В 1937 г. водопроводы имели уже 55,5% городов в СССР. В 1935 г. в США – 84% городов имели централизованные системы водоснабжения, во Франции – 82%.
После Великой Отечественной войны, в связи с индустриализацией страны, продолжалось строительство многих промышленных водопроводов, как правило, с оборотными системами водоснабжения. Характерными стали крупные районные системы водоснабжения в Донбассе, Криворожье в ряде промышленных районов Урала и Сибири, на Казахстанской целине (канал Обь-Иртыш), в Калмыкии (с забором воды из Волги). Продолжается строительство и модернизация коммунальных водопроводов. Только за период с 1971 по 1976 г.г. построено около 700 водопроводов в городах и райцентрах.