Сифоны и дюкеры

Известно более двадцати сифонных сооружений, относящихся ко времени Римской империи. Конструкцию сифона, применявшегося в Древнем Риме, правильнее называть обратным сифоном или дюкером, так как вода в нём движется по U-образной траектории в отличие от обычного сифона, имеющего П - образную форму. Поскольку вода движется по U-образной траектории, сифон начинает работать, как только она вводится в одно из его плеч. В простом U-образном сифоне вода, введённая на одном конце, поднимется до того же уровня на другом. Римские сифоны имели значительную длину, поэтому потери на трение становились заметными и приёмный конец приходилось устраивать на уровне несколько ниже подающего конца

Схема древнеримского сифона (а) (масштаб по вертикальной оси увеличен), истинный профиль и градиенты Бонанского сифона водопровода Жье, Франция (b) 

Обычно сифон начинался в точке, где водопровод, проложенный в виде открытого канала из каменной кладки, достигал края ущелья, которое нужно было пересечь. В этом месте вода стекала в напорный резервуар, выложенный из кирпича и установленный поперек канала (castellum). По существу, этот резервуар был распределительным, так как сифон состоял не из одной (как в современной гидротехнике), а из нескольких (до девяти) тонких труб, уложенных параллельно друг другу. Их входные концы располагались в ряд в нижней части резервуара.

Распределительный бассейн (castellum) акведука в Ниме, Франция: а – современный вид; б – схема

Подсоединённые к напорному резервуару трубы опускались по короткому откосу до земли и проходили по склону ущелья с заглублением примерно на1 м. Подземная прокладка труб предотвращала их чрезмерное расширение в жаркие дни. Сифонные трубы могли прокладываться до самого дна ущелья, следуя его профилю, однако на дне часто строился невысокий мост (вентер), с тем, чтобы нижняя часть U-образного сифона была более плоской для уменьшения перепада высот. Вентер сокращал расстояние от верха до низа U-образного сифона и, следовательно, уменьшал статическое давление, однако создавал два резких перегиба (геникулус) на концах моста, из-за чего могли возникать напряжения в стыках труб при ударе водяной струи, поэтому римляне обычно укрепляли здесь трубы массивной каменной кладкой. После второго геникулуса трубы поднимались по противоположному склону ущелья. Наверху вода поступала в приёмный резервуар, аналогичный напорному, а из него – в обычный водопровод.

Сифоны как инженерные сооружения внушают уважение уже своими размерами. Потрясающие воображение сифоны сохранились возле городов Аспендос (Турция) и Лион (Франция). Общая длина девяти сифонов в лионской водопроводной системе достигает16,6 км. Каждый сифон состоял из девяти труб, а их общая длина достигала150 км. Для изготовления такого количества труб требовалось 12…15 тыс. т свинца, и очевидно, что добыча и транспортировка такого огромного количества металла требовала гигантских усилий. По-видимому, это и послужило причиной невысокой распространённости в Римской империи сифонов по сравнению с каменными мостами-акведуками. Так как римляне строили только сложные сифоны, очевидно, что более широкому применению сифонов препятствовали вовсе не технические трудности. Несомненным фактом является то, что сифоны обходились римлянам намного дороже, чем мосты.

Древние греки также применяли сифоны, из которых наиболее известен исключительно большой сифон в Пергаме в Малой Азии. Он относится ко времени правления эллинского монарха Евменеса II (197–159 гг. до н. э.) и состоит из одной трубы длиной3 км, спускающейся на очень большую глубину –190 м. Вода в сифоне создавала статическое давление примерно 19 атм. В течение многих лет этот сифон был причиной многих заблуждений учёных. Поскольку многочисленные римские сифоны не удостаивались должного внимания, пергамский сифон создавал ложное впечатление, что древние греки преуспели больше римлян в теории гидравлики и что они были более искусными инженерами, способными изготовлять трубы для больших давлений, тогда как римлянам это не удавалось.

Перемещение воды по трубам в римских сифонах осуществлялось под значительным давлением. В 1875 г. французский инженер Эжен Бельгран изготовил копии римских труб и подверг их испытаниям на разрушение, которое происходило только тогда, когда давление в трубах достигало 18 атм. Такие трубы могли успешно работать в сифоне, опускающемся на 180 мниже исходного уровня.