Римский акведук в Ниме

Новые иссле­до­ва­ния неко­гда эффек­тив­ной систе­мы водо­снаб­же­ния застав­ля­ют нас гораздо выше оце­нить мастер­ство создав­ших ее 2 тыс. лет назад стро­и­те­лей и гид­ро­тех­ни­ков.

В любой из пого­жих сол­неч­ных дней близ горо­да Нима, что на юге Фран­ции, мож­но встре­тить тыся­чи экс­кур­сан­тов, гуля­ю­щих по мосту через реку Гар­дон, или Гар, кото­рый был постро­ен 240 лет назад. Боль­шин­ство из них почти не обра­ща­ют вни­ма­ния на искря­щу­ю­ся под луча­ми солн­ца реку, уто­паю­щую в буй­ной рас­ти­тель­но­сти реч­ную доли­ну или рас­по­ло­жен­ное у них под нога­ми ста­рое соору­же­ние. Их взо­ры при­ко­ва­ны к еще более вели­ко­леп­но­му зре­ли­щу — зна­ме­ни­то­му Пон-дю-Гару. Так назы­ва­ет­ся камен­ный мост высотой с 16-этаж­ный дом (48,77 м), три ароч­ных яру­са кото­ро­го были соору­же­ны око­ло 2 тыс. лет назад рим­ля­на­ми.

Вес­ной 1985 г., подоб­но бес­страш­но­му моло­до­му тури­сту, я взо­брал­ся на это древ­нее соору­же­ние, одна­ко мое стрем­ле­ние позна­ко­мить­ся с мостом, кото­рый пред­став­лял собой важ­ней­шее зве­но акве­ду­ка, когда-то снаб­жав­ше­го водой древ­ний Ним (латин­скую коло­нию Немаус), было про­дик­то­ва­но ско­рее про­фес­сио­наль­ным инте­ре­сом, а не празд­ным любо­пыт­ст­вом. Я смот­рел на мост и остат­ки акве­ду­ка гла­за­ми инже­не­ра, пыта­ясь оце­нить сте­пень кон­струк­тив­но­го совер­шен­ства раз­ных частей систе­мы водо­снаб­же­ния.

Обыч­но счи­та­ет­ся, что рим­ские инже­не­ры реша­ли свои зада­чи чисто прак­ти­че­ски, на осно­ве ранее накоп­лен­но­го опы­та, посте­пен­но совер­шен­ст­вуя про­ве­рен­ные вре­ме­нем кон­струк­ции, и что они мало раз­би­ра­лись, напри­мер, в гео­мет­рии, чтобы на ее осно­ве дости­гать опти­маль­ной ско­ро­сти воды в водо­во­де или же опре­де­лять, какую мас­су дол­жен иметь мост, чтобы он выдер­жи­вал силь­ный напор вет­ра. Кро­ме того, их при­ня­то счи­тать кон­сер­ва­то­ра­ми в стро­и­тель­стве, кото­рые недо­ста­ток тео­ре­ти­че­ских позна­ний ком­пен­си­ро­ва­ли соору­же­ни­ем таких кон­струк­ций, кото­рые име­ли мно­го­крат­ный запас проч­но­сти и по этой при­чине тре­бо­ва­ли непо­мер­ных затрат.

И тем не менее Пон-дю-Гар со сво­и­ми неве­ро­ят­но высо­ки­ми и вели­че­ст­вен­ны­ми арка­ми зна­ме­но­вал собой реши­тель­ный отход от все­го того, что рим­ляне постро­и­ли до это­го. Вопло­щен­ный в камне дерз­кий замы­сел наво­дил на мысль, что рим­ские инже­не­ры, воз­мож­но, обла­да­ли гораздо боль­ши­ми зна­ни­я­ми, чем при­ня­то счи­тать. И я, види­мо, не ошиб­ся. Рас­че­ты, выпол­нен­ные мною сов­мест­но с Ричар­дом А. Нова­ком, моим быв­шим кол­ле­гой по Уни­вер­си­те­ту шт. Мис­су­ри, свиде­тель­ст­ву­ют об уди­ви­тель­ной слож­но­сти кон­струк­тив­ных реше­ний, к кото­рым при­бе­га­ли рим­ские гид­ро­тех­ни­ки и стро­и­те­ли при соору­же­нии акве­ду­ка в Немау­се.

Боль­шую помощь в изыс­ка­ни­ях, кото­рые я про­во­дил во Фран­ции, ока­зал Жан-Люк Фиш из Фран­цуз­ско­го нацио­наль­но­го цен­тра науч­ных иссле­до­ва­ний. Вме­сте с груп­пой воз­глав­ля­е­мых им спе­ци­а­ли­стов он помо­гал мне в иссле­до­ва­нии Пон-дю-Гара и дру­гих остат­ков акве­ду­ка. Парал­лель­но фран­цуз­ские кол­ле­ги зани­ма­лись под­готов­кой фото­мет­ри­че­ско­го обсле­до­ва­ния ука­зан­ных объ­ек­тов.

По акве­ду­ку, тща­тель­но иссле­до­ван­но­му нами в 1985 г., когда-то само­те­ком посту­па­ла вода. Ее путь начи­нал­ся от источ­ни­ков вбли­зи неболь­шо­го селе­ния Уце­ция (ныне Юзес) и закан­чи­вал­ся у скло­на хол­ма в Немау­се, где нахо­дил­ся круг­лый «кастел­лум» (водо­сбор­ный бас­сейн). Оттуда вода по деся­ти рас­пре­де­ли­тель­ным тру­бо­про­во­дам пода­ва­лась на более низ­кие уров­ни.

По неко­то­рым дан­ным акве­дук был соору­жен в 19 г. до н. э. Мар­ком Агрип­пой, спо­движ­ни­ком импе­ра­то­ра Авгу­ста. Агрип­па был не толь­ко выдаю­щим­ся пол­ко­вод­цем и государ­ст­вен­ным дея­те­лем, но и бле­стя­щим инже­не­ром. Под его руко­вод­ст­вом осу­щест­вле­ны основ­ные работы по про­ек­ти­ро­ва­нию мно­гих соору­же­ний обще­ст­вен­но­го зна­че­ния в Рим­ской импе­рии, в част­но­сти систем водо­снаб­же­ния. Извест­но, что при­мер­но в 19 г. до н. э. он нахо­дил­ся в Немау­се или в его окрест­но­стях.

В то вре­мя Немаус с его насе­ле­ни­ем око­ло 50 тыс. чело­век без­услов­но нуж­дал­ся в совер­шен­ной систе­ме водо­снаб­же­ния. На всем про­тя­же­нии от Сирии до Испа­нии и от Север­но­го моря до Саха­ры импе­рия пере­жи­ва­ла «золо­той век» граж­дан­ско­го стро­и­тель­ства. Рим­ляне стро­и­ли доро­ги, мосты, зда­ния, кана­ли­за­ци­он­ные соору­же­ния, теат­ры, ста­ди­о­ны и, конеч­но, вели­ко­леп­ные обще­ст­вен­ные бани. Послед­ние были важ­ней­шим эле­мен­том в жиз­ни рим­лян и тре­бо­ва­ли рас­хо­да чистой воды, сопо­ста­ви­мо­го с тем, кото­рый суще­ст­ву­ет в систе­ме водо­снаб­же­ния совре­мен­ных горо­дов. Источ­ни­ки и колод­цы, види­мо, уже не мог­ли удо­вле­тво­рить воз­рос­шие потреб­но­сти в воде, что и обу­сло­ви­ло необ­хо­ди­мость в стро­и­тель­стве акве­ду­ка.

Его соору­же­ние было непро­стой зада­чей и тре­бо­ва­ло реше­ния мно­же­ства слож­ней­ших про­блем, реше­ние кото­рых было под силу лишь тако­му спе­ци­а­ли­сту, как Агрип­па. Источ­ни­ки в окрест­но­стях Уце­ции мог­ли бы обес­пе­чить рас­ход воды око­ло 600 л в сут­ки на каж­до­го жите­ля Немау­са, что было бы вполне доста­точ­но. Одна­ко рас­сто­я­ние по пря­мой от Уце­ции до Немау­са состав­ля­ло при­мер­но 20 км. Трас­са водо­во­да по это­му пути про­хо­ди­ла бы через хол­мы и узкие уще­лья, что потре­бо­ва­ло бы соору­же­ния по мень­шей мере одно­го 8-кило­мет­ро­во­го тун­не­ля. Люди научи­лись стро­ить такие тун­не­ли лишь спу­стя мно­гие сто­ле­тия. Хол­мы не дава­ли обой­ти эту мест­ность и с запа­да, поэто­му един­ст­вен­ным воз­мож­ным реше­ни­ем был ее обход по дуге с восто­ка.

На таком пути было намно­го мень­ше хол­мов, но вме­сте с тем он тре­бо­вал соору­же­ния акве­ду­ка дли­ной 50 км, кото­рый дол­жен был пере­сечь глу­бо­кую доли­ну реки Гар­дон. Стро­и­те­лям пред­сто­я­ло про­би­вать­ся через нагро­мож­де­ния выхо­дя­щих на поверх­ность камен­ных пород или обхо­дить их, а так­же пере­се­кать болота. Одна из слож­ней­ших про­блем была обу­слов­ле­на неболь­шой высотой источ­ни­ков над уров­нем водо­сбор­но­го бас­сей­на, все­го 17 м. Про­ек­ти­руя тун­не­ли и мосты, кото­рые долж­ны были стать частью акве­ду­ка, Агрип­пе и его помощ­ни­кам, в рас­по­ря­же­нии кото­рых нахо­ди­лись лишь при­ми­тив­ные ватер­па­сы, аба­ки и вос­ко­вые таб­лич­ки, при­хо­ди­лось забо­тить­ся о сохра­не­нии ничтож­но мало­го сред­не­го укло­на по трас­се кана­ла, не пре­вы­шаю­ще­го 0,34 м на 1 км (эта вели­чи­на полу­ча­ет­ся деле­ни­ем 17-мет­ро­во­го пере­па­да уров­ней меж­ду Уце­ци­ей и Немау­сом на 50 км, т. е. дли­ну само­го кана­ла). Такой уклон неза­ме­тен на глаз, поэто­му даже неболь­шая ошиб­ка мог­ла при­ве­сти к выхо­ду на плос­кие участ­ки, на кото­рых заста­и­ва­лась бы вода.

Преж­де все­го меня инте­ре­со­ва­ло, смог­ли ли рим­ские стро­и­те­ли обес­пе­чить эффек­тив­ное, с мини­маль­ным сопро­тив­ле­ни­ем, дви­же­ние воды по кана­лу. Это было бы поис­ти­не заме­ча­тель­ным свер­ше­ни­ем с уче­том того, что мате­ма­ти­че­ские фор­му­лы, кото­ры­ми в наши дни поль­зу­ют­ся стро­и­те­ли при про­ек­ти­ро­ва­нии водо­про­во­дов с пода­чей воды само­те­ком, были выведе­ны лишь в XIX в.

С помо­щью Нова­ка я оце­нил эффек­тив­ность пото­ка воды, рас­счи­тав для это­го ее глу­би­ну в раз­лич­ных частях кана­ла. Извест­но, что в иде­аль­ном слу­чае глу­би­на воды рав­на поло­вине шири­ны кана­ла, посколь­ку при этом пло­щадь сопри­кос­но­ве­ния воды с его поверх­но­стя­ми, отне­сен­ная к объ­е­му воды в лот­ке (и тем самым тре­ние меж­ду дви­жу­щей­ся водой и эти­ми поверх­но­стя­ми), явля­ет­ся мини­маль­ной.

Глу­би­ну воды мож­но опре­де­лить, зная шеро­хо­ва­тость сте­нок и дна кана­ла, его гео­мет­рию и уклон, а так­же ско­рость поступ­ле­ния в него воды из источ­ни­ка. Все эти дан­ные доступ­ны. Напри­мер, извест­но, что сте­ны и дно кана­ла были доста­точ­но глад­ки­ми. Как и в дру­гих акве­ду­ках, постро­ен­ных рим­ля­на­ми, он в основ­ном про­хо­дил под зем­лей. Рабо­чие выка­пы­ва­ли тран­шею, засти­ла­ли ее бетон­ным осно­ва­ни­ем, воз­во­ди­ли сте­ны кана­ла из кам­ня и обли­цо­вы­ва­ли их сло­ем розо­ва­той маль­ты, пред­став­ля­ю­щей собой глад­кую, водо­не­про­ни­цае­мую смесь изве­сти, сви­но­го жира и млеч­но­го сока (латек­са) незре­лых фиго­вых пло­дов. После это­го они воз­во­ди­ли над тран­ше­ей полу­круг­лую камен­ную арку и засы­па­ли ее зем­лей.

Нам так­же было извест­но, что попе­ре­ч­ное сече­ние лот­ка обыч­но име­ло вид откры­то­го квад­ра­та со сто­ро­ной 1,2 м, а общая высота кана­ла, вклю­чая про­ход под аркой, состав­ля­ла 1,8 м, вполне доста­точ­но для того, чтобы люди, обслу­жи­вав­шие соору­же­ние, мог­ли сто­ять там в пол­ный рост. К месту работ они про­ни­ка­ли через люки, рас­по­ло­жен­ные на оди­на­ко­вом рас­сто­я­нии друг от дру­га вдоль всей трас­сы кана­ла. Там, где акве­дук выхо­дил на поверх­ность, напри­мер на мосту Пон-дю-Гар, канал имел пря­мо­уголь­ное сече­ние за счет более высо­ких стен, на кото­рые были уло­же­ны камен­ные пли­ты. Эти пли­ты име­ли боль­шую устой­чи­вость к вывет­ри­ва­нию, чем камен­ные сво­ды.

По эко­но­ми­че­ским сооб­ра­же­ни­ям, на кото­рых я еще оста­нов­люсь, часть кана­ла выше Пон-дю-Гара име­ла сред­ний уклон 0,67 м/км по срав­не­нию с 0,187 м/км ниже это­го места, где уклон коле­бал­ся в пре­де­лах 0,07—0,30 м/км. На осно­ве совре­мен­ных гид­ро­ло­ги­че­ских оце­нок мож­но счи­тать, что рас­ход в кана­ле воды из источ­ни­ков в окрест­но­стях Уце­ции состав­лял 210—450 л/с (сред­нее зна­че­ние око­ло 350 л/с).

Стро­и­те­лей (и нас так­же) не инте­ре­со­ва­ла глу­би­на воды в верх­нем участ­ке кана­ла. Они, оче­вид­но, реши­ли сде­лать канал в этом месте кру­че, с тем чтобы в мак­си­маль­ной сте­пе­ни умень­шить высоту Пон-дю-Гара и под­во­дов к нему и тем самым сни­зить сто­и­мость стро­и­тель­ных работ, а так­же умень­шить веро­ят­ность неуда­чи в осу­щест­вле­нии про­ек­та. (Даже и в этом слу­чае Пон-дю-Гар ока­зал­ся самым высо­ким из всех мостов, когда-либо постро­ен­ных рим­ля­на­ми). Умень­ше­ние высоты, одна­ко, было сопря­же­но с дру­гой про­бле­мой: из-за боль­шей кру­тиз­ны пер­во­го участ­ка кана­ла при­шлось делать более поло­гим тот уча­сток, кото­рый начи­нал­ся от Пон-дю-Гара, поэто­му уклон на этом участ­ке мини­маль­ный.

Уда­лось ли стро­и­те­лям добить­ся того, чтобы вода сво­бод­но тек­ла по кри­ти­че­ски важ­но­му ниж­не­му участ­ку кана­ла? По нашим рас­че­там глу­би­ны воды на дан­ном участ­ке, эта зада­ча была реше­на весь­ма успеш­но. Мы выяс­ни­ли, что с уче­том ряда усло­вий глу­би­на здесь была близ­ка к опти­маль­но­му зна­че­нию 0,6 м. При про­хож­де­нии по кана­лу наи­мень­ше­го коли­че­ства воды ее глу­би­на в самой поло­гой части кана­ла, сра­зу после Пон-дю-Гара, была иде­аль­ной. То же самое наблюда­лось при мак­си­маль­ном пото­ке в наи­бо­лее кру­той (конеч­ной) сек­ции непо­сред­ст­вен­но перед водо­сбор­ным бас­сей­ном. С помо­щью эмпи­ри­че­ски полу­чен­но­го выра­же­ния, извест­но­го как фор­му­ла Ман­нин­га, мы полу­чи­ли рас­чет­ное зна­че­ние уров­ня воды. Оно так­же ока­за­лось рав­ным 0,6 м для сред­не­го укло­на 0,187 м/км по все­му участ­ку кана­ла ниже моста в пери­о­ды уме­рен­но­го пото­ка.

Мы так­же про­ана­ли­зи­ро­ва­ли, насколь­ко веро­ят­ной была опас­ность пере­пол­не­ния кана­ла, т. е. повы­ше­ния уров­ня воды за отмет­ку 1,2 м, что при­ве­ло бы к ее утеч­ке или умень­ше­нию про­стран­ства над водой, необ­хо­ди­мо­го для нор­маль­ной работы людей, обслу­жи­вав­ших канал. Мы при­шли к выво­ду, что такая опас­ность отсут­ст­во­ва­ла. В самом поло­гом месте кана­ла, т. е. там, где ско­рость воды долж­на сни­жать­ся, а уро­вень быть мак­си­маль­ным, «квад­рат­ная часть» была доста­точ­но емкой для того, чтобы вме­стить воду, выте­кав­шую из источ­ни­ков в пери­од наи­боль­ше­го уров­ня воды в них. Труд­но пред­ста­вить, чтобы столь эко­но­мич­но постро­ен­ный и экс­плу­а­ти­ру­е­мый канал мог быть более совер­шен­ным по сво­ей кон­струк­ции.

Мост, еще в боль­шей сте­пе­ни чем канал, пора­жа­ет вооб­ра­же­ние и не толь­ко бла­го­да­ря ажур­но­сти сво­ей кон­струк­ции, выдер­жи­ваю­щей вес шести­тон­ных кам­ней, из кото­рых он соору­жен, но и пото­му, что он пере­жил почти два тыся­че­ле­тия. Мост отли­ча­ет­ся сба­лан­си­ро­ван­но­стью про­лет­ных стро­е­ний: его ниж­ний ярус боль­ше и мас­сив­нее сред­не­го, кото­рый в свою оче­редь боль­ше и мас­сив­нее верх­не­го яру­са с про­хо­див­шим по нему водо­во­дом. Доли­на, кото­рую пере­се­ка­ет мост, извест­на сво­и­ми ура­ган­ны­ми вет­ра­ми, а река под ним вес­ной силь­но раз­ли­ва­ет­ся. Рим­ские инже­не­ры, веро­ят­но, не уме­ли точ­но рас­счи­ты­вать опро­киды­ваю­щие нагруз­ки под дей­ст­ви­ем вет­ра и павод­ков. Даже и в наше вре­мя рас­чет таких нагру­зок явля­ет­ся слож­ной зада­чей. Неволь­но воз­ни­ка­ет вопрос, не реша­ли ли древ­ние стро­и­те­ли эту про­бле­му за счет избы­точ­ной проч­но­сти сво­их соору­же­ний?

В поис­ках отве­та на этот вопрос я рас­счи­тал, како­ва долж­на быть ско­рость вет­ра, чтобы воз­ни­каю­щие нагруз­ки мог­ли вызвать хотя бы неболь­шие тре­щи­ны в швах камен­ной клад­ки в том или ином месте моста. Швы вооб­ще явля­ют­ся самым сла­бым местом кон­струк­ции, поэто­му любая тре­щи­на в них может при­ве­сти к раз­ру­ше­нию моста. Затем я срав­нил резуль­та­ты сво­их рас­че­тов с дан­ны­ми для вет­ро­вых нагру­зок, типич­ных для это­го рай­о­на.

В рас­че­тах при­ни­ма­лись во вни­ма­ние направ­ле­ние и вели­чи­на вет­ро­вых нагру­зок, кото­рые мог­ли воздей­ст­во­вать на еди­нич­ный про­лет моста во вре­мя ура­га­нов раз­лич­ной силы. (Про­лет моста Пон-дю-Гар пред­став­ля­ет собой сек­цию, состо­я­щую из арки ниж­не­го яру­са и камен­ной клад­ки, рас­по­ло­жен­ной непо­сред­ст­вен­но над ним на осталь­ных яру­сах). Затем я рас­счи­тал рас­тя­ги­ваю­щие напря­же­ния (в дан­ном слу­чае направ­лен­ные вверх), воз­ни­каю­щие под дей­ст­ви­ем вет­ра с навет­рен­ной сто­ро­ны про­ле­та, а так­же сжи­маю­щие (направ­лен­ные вниз) с его под­вет­рен­ной сто­ро­ны (см. рису­нок на с. 79). Кро­ме того, были рас­счи­та­ны напря­же­ния сжа­тия, обу­слов­лен­ные весом камен­ной клад­ки над каж­дым дан­ным участ­ком, посколь­ку они про­ти­во­дей­ст­ву­ют рас­тя­ги­ваю­щим напря­же­ни­ям под дей­ст­ви­ем вет­ра и тем самым огра­ни­чи­ва­ют его опро­киды­ваю­щую силу. Это лег­ко пока­зать на про­стом при­ме­ре: стоп­ка тяже­лых кир­пи­чей выдер­жи­ва­ет доволь­но силь­ный боко­вой тол­чок, в то вре­мя как такую же стоп­ку пено­пла­сто­вых кир­пи­чей мож­но опро­ки­нуть, слег­ка уда­рив по ней паль­цем.

В оцен­ке проч­но­сти кон­струк­ции моста я исхо­дил из того, что если рас­тя­ги­ваю­щее напря­же­ние боль­ше сжи­маю­ще­го, то в швах камен­ной клад­ки появ­ля­ет­ся тре­щи­на. В этом слу­чае с навет­рен­ной сто­ро­ны верх­ний слой клад­ки отхо­дит от ниж­не­го. Вли­я­ние рас­т­во­ра мне учи­ты­вать не при­шлось, посколь­ку его не при­ме­ня­ли при стро­и­тель­стве моста. Соглас­но рас­че­там, осно­ва­ния опор сред­не­го яру­са моста наи­бо­лее уяз­ви­мы для рас­тя­ги­ваю­ще­го напря­же­ния, хотя и не намно­го боль­ше, чем опо­ры ниж­не­го яру­са. Когда ура­га­ны при­во­ди­ли к навод­не­ни­ям, а раз­бу­ше­вав­ша­я­ся вода начи­на­ла бить­ся о ниж­ние опо­ры, их осно­ва­ния ста­но­ви­лись столь же уяз­ви­мы­ми, как и осно­ва­ния опор сред­не­го яру­са.

Мною было уста­нов­ле­но, что раз­ру­шаю­щее рас­тя­ги­ваю­щее напря­же­ние воз­ни­ка­ет в осно­ва­нии опор ниж­не­го и сред­не­го яру­са при ура­ган­ном вет­ре, ско­рость кото­ро­го у поверх­но­сти зем­ли состав­ля­ет при­мер­но 215 км/ч. В то же вре­мя ско­рость вет­ров в этом рай­оне не пре­вы­ша­ет 150 км/ч, а вызы­вае­мые ими нагруз­ки лишь в ред­ких слу­ча­ях дости­га­ют поло­ви­ны той, кото­рая воз­ни­ка­ет при ука­зан­ной выше рас­чет­ной ско­ро­сти. Тем самым мост имел при­мер­но двух­крат­ный запас проч­но­сти, или устой­чи­во­сти, к нагруз­кам, кото­рые при­во­дят к появ­ле­нию тре­щин. Этот запас проч­но­сти вполне доста­то­чен и соот­вет­ст­ву­ет при­ня­то­му в совре­мен­ном стро­и­тель­стве.

Рим­ляне зна­ли, как рас­счи­ты­вать вес камен­ной клад­ки, но не уме­ли точ­но опре­де­лять нагруз­ки, вызы­вае­мые вет­ром. Поэто­му тем более впе­чат­ля­ют кон­струк­тив­ные реше­ния, исполь­зо­ван­ные ими при стро­и­тель­стве обо­их яру­сов. Оче­вид­но, что стро­и­те­ли и гид­ро­тех­ни­ки не толь­ко успеш­но спра­ви­лись с неве­ро­ят­но слож­ны­ми зада­ча­ми, сто­яв­ши­ми перед ними, но и суме­ли обой­тись при этом без чрез­мер­но доро­гих и слож­ных кон­струк­ций.

Как и мост Пон-дю-Гар, водо­сбор­ный бас­сейн так­же пере­жил тыся­че­ле­тия, что дает допол­ни­тель­ную воз­мож­ность понять осо­бен­но­сти кон­струк­ций рим­лян. Зда­ние, в кото­ром нахо­дил­ся водо­сбор­ный бас­сейн, не уце­ле­ло, одна­ко сам бас­сейн пред­став­ля­ет собой одно из наи­бо­лее хоро­шо сохра­нив­ших­ся соору­же­ний тако­го рода. Его диа­метр око­ло 6, а глу­би­на 1,4 м. Пазы в ниж­ней и боко­вых сто­ро­нах квад­рат­но­го (со сто­ро­ной 1,2 м) вво­да, через кото­рый вода из кана­ла посту­па­ла в обли­цо­ван­ный маль­той бас­сейн, а так­же отвер­стия в камен­ных пли­тах над этим вво­дом свиде­тель­ст­ву­ют о том, что ввод закан­чи­вал­ся затво­ра­ми, с помо­щью кото­рых регу­ли­ро­ва­лось поступ­ле­ние воды в бас­сейн.

При нор­маль­ной рабо­те систе­мы вода выте­ка­ла из бас­сей­на через десять рас­пре­де­ли­тель­ных труб, место­на­хож­де­ние и диа­метр кото­рых (0,3 м) мож­но уста­но­вить по сквоз­ным отвер­сти­ям в стен­ках бас­сей­на. Тру­бы были изготов­ле­ны из свин­ца. О том, что этот мате­ри­ал пред­став­ля­ет опас­ность для орга­низ­ма чело­ве­ка было уже извест­но, но с этим мири­лись, посколь­ку из-за повы­шен­ной жест­ко­сти воды стен­ки труб вско­ре покры­ва­лись защит­ным сло­ем каль­ция. Для сли­ва воды из бас­сей­на (веро­ят­но, в кана­ли­за­цию) исполь­зо­ва­лись три дон­ных отвер­стия, осна­щен­ных кла­па­на­ми, кото­рые в нор­маль­ном рабо­чем режи­ме были закры­ты. Диа­метр этих отвер­стий так­же рав­нял­ся при­мер­но 0,3 м.

При­сту­пив вме­сте с Нова­ком к изу­че­нию устрой­ства водо­сбор­но­го бас­сей­на, мы сна­ча­ла оце­ни­ли гид­рав­ли­че­ский КПД рас­пре­де­ли­тель­ных труб. Как уда­лось уста­но­вить, при мак­си­маль­ном поступ­ле­нии воды в бас­сейн свин­цо­вые тру­бы были запол­не­ны напо­ло­ви­ну, что явля­ет­ся опти­маль­ным для водо­про­во­да круг­ло­го сече­ния и пред­став­ля­ет собой допол­ни­тель­ное усло­вие для обес­пе­че­ния мак­си­маль­но­го КПД.

Затем мы заня­лись реше­ни­ем вопро­сов, кото­рые уже дав­но инте­ре­со­ва­ли архео­ло­гов: для чего были нуж­ны затво­ры на вхо­де в бас­сейн, как они дей­ст­во­ва­ли, и поче­му стро­и­те­ли исполь­зо­ва­ли три боль­ших слив­ных отвер­стия вме­сто обыч­но при­ме­няв­ше­го­ся в таких слу­ча­ях одно­го неболь­шо­го?

Что каса­ет­ся затво­ров, то мы сра­зу отверг­ли как необос­но­ван­ное ранее выска­зан­ное пред­по­ло­же­ние о том, что они выпол­ня­ли роль кла­па­нов для регу­ли­ро­ва­ния пото­ка воды на вхо­де в бас­сейн. Исполь­зо­ва­ние их в каче­стве кла­па­нов мог­ло бы при­ве­сти к повреж­де­нию сво­дов. При непре­рыв­ном поступ­ле­нии воды из источ­ни­ков систе­ма затво­ров, кото­рая пре­кра­ща­ла бы ее поступ­ле­ние в бас­сейн (если такая систе­ма вооб­ще была воз­мож­на), застав­ля­ла бы воду соби­рать­ся в кана­ле до тех пор, пока в кон­це кон­цов она не нача­ла бы про­са­чи­вать­ся через неплот­ные сво­ды. Веро­ят­нее все­го, затво­ры слу­жи­ли для изме­ре­ния рас­хо­да воды в тот или иной момент вре­ме­ни. Будучи спе­ци­а­ли­ста­ми в обла­сти водо­снаб­же­ния, рим­ляне вряд ли пре­не­брег­ли необ­хо­ди­мо­стью изме­ре­ния ее рас­хо­да.

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.