“Công nghệ” bơm nước thời cổ đại

Cổ đại không đồng nghĩa với lạc hậu, điều đó được chứng minh qua hàng loạt phát minh của người xưa mà đến ngày nay vẫn còn được sử dụng. Hãy cùng nhìn lại những công cụ lấy nước từng được coi là “công nghệ” đỉnh cao một thời.
Shaduf
Một trong những công cụ cổ nhất từng được sử dụng để múc nước từ giếng, sông hoặc ao, hồ chính là shaduf. Thiết bị đơn giản được sử dụng từ thời các pharaon còn trị vì này chỉ gồm có một chiếc gầu được gắn với một sợi dây buộc vào một đầu dài của một cái gậy gỗ. thân của gậy gỗ được cố định vào một cái trụ, đầu kia được buộc một vật nặng làm đối trọng. Khi múc nước thì người ta kéo đầu dài của chiếc gậy xuống sao cho chiếc gàu hạ xuống, sau đó chỉ việc thả tay ra thì sức nặng của vật đối trọng sẽ làm cho đầu gậy buộc dây thừng bị nâng lên. Shaduf được du nhập vào Tây Ban Nha vào thế kỷ thứ VI nhưng mãi đến thế kỷ XIV mới được truyền tới nước Đức và sau đó xuất hiện ở vùng Flander (nước Bỉ ngày nay) vào thế kỷ XVI, khi họa sĩ Pieter Bruegel the Elder mô tả chúng trong những họa phẩm về đồng quê nước Bỉ. Mặc dù không còn xuất hiện ở châu Âu, song shaduf vẫn được nhìn thấy ở nhiều nơi tại Trung Đông, đặc biệt là hai bên bờ sông Nile.
     
Cerd
Động vật đã được sử dụng để bơm nước từ giếng khoan hàng trăm năm nay. Người Ấn Độ đã phát minh ra một hệ thống gọi là cerd, mot, sanya hoặc sanija. Hệ thống gồm có một cái túi làm bằng da động vật (được gắn một vật nặng để túi tự chìm khi chưa có nước) nối với một sợi dây vắt qua một con lăn thô sơ. Nguời ta dùng một con gia súc được đóng yên như bò hoặc lạc đà để kéo sợi dây (đầu kia của sợi dây được gắn chặt vào chiếc yên). Khi con vật lùi lại thì chiếc túi được thả xuống giếng cho đến khi múc đầy nước. Con vật sau đó tiến lên, đồng nghĩa với việc chiếc túi được nâng lên trước khi chạm vào một cái chốt làm cho nó bị nghiêng đi, nước bị đổ ra một cái máng hoặc mương. Con vật được huấn luyện để tự động lùi lại khi nghe tiếng va chạm giữa túi và cái chốt, khi đó cái túi lại được thả xuống. Chu trình này lặp lại liên tục và sau mỗi lần, người ta lại thưởng cho con vật một ít thức ăn hoặc nước uống. Tùy theo nguồn nước cấp và số lượng gia súc sẵn có mà một cái cerd có thể tưới tiêu cho một diện tích rộng tới bảy mẫu Anh (2,8ha). Có thể nói, những hệ thống cerd là một thành tựu đáng nể trong lĩnh vực thủy lợi vì nó đánh dấu sự chuyển đổi công việc tưới tiêu nặng nhọc từ sức người sang sức vật.
   
Guồng đa ngăn/Tympanum/Noria
Tympanum
Có lẽ kiểu guồng nước lâu đời nhất là tympanum (tiếng La-tinh) hoặc tympanon hay tympanion (tiếng Hy Lạp có nghĩa là cái trống). Loại guồng này có thể bơm được một lượng lớn nước nhưng không quá một nửa đường kính của nó. Cấu tạo của guồng là một bánh xe rỗng ruột với khung bằng gỗ và bên ngoài được phủ bằng các tấm ván giống như một cái trống. Mặt trong thường được chia thành tám ngăn hình nêm (hình chữ V), vách ngăn được bôi hắc ín hoặc sáp ong để chống rò rỉ. Bánh xe quay theo chiều thẳng đứng và được gắn với một cái máng nằm ngang. Vì bánh xe to và nặng nên để làm cho nó quay thì cần sức của nhiều người (thường là các nô lệ thấp kém hoặc tội nhân bị kết án) bằng cách đạp vào vành bánh xe. Người ta cũng có thể dùng gia súc được đóng ách nối với một bánh răng theo một góc thích hợp (tiếng A-rập gọi là bánh răng saqiya) để làm cho guồng quay. Khi một ngăn di chuyển xuống vị trí thấp nhất của guồng thì nước tràn vào qua một lỗ tròn trên đó, sau đó người ta đạp vào các điểm cách đều trên vành bánh xe làm cho guồng quay, lúc này ngăn đựng nước được nâng lên đến khi ngang bằng với chiếc máng thì nước lại được đổ ra qua lỗ tròn đó.
   
Noria
Guồng noria được vận hành bằng sức nước, tương tự như guồng Albolafia ở vùng Cordoba (Tây Ban Nha). Guồng noria do người Iran phát minh và được nhà địa lý al-Muqaddasi mô tả là xuất hiện dọc theo đôi bờ sông Ahwaz trong khoảng 1.000 năm. Sau này, noria trở thành xương sống trong mạng lưới thủy lợi của vùng al-Andalus (vùng Andalusia, Tây Ban Nha). Ngày nay, những chiếc bánh xe nước với đường kính 20 mét, chia thành 120 ngăn và nối với một máng bằng đá vẫn còn được sử dụng tại Thành phố Hama (Syria), dọc sông Orontes như một dấu mốc hoài cổ. Thậm chí, một chiếc noria vùng Andalusia có đường kính gấp đôi số đó còn khiến nhà địa lý al-Idrisi kinh ngạc khi bơm nước từ sông Tagus để tưới cho cả vùng Talavera de la Reina gần Toledo. Có hai loại noria là loại có nhiều ngăn và loại chỉ có một ngăn nhỏ.
   
Bánh răng Saqiya lắp gàu / Pot garland
Bắt nguồn từ khu vực Ba Tư vào thế kỷ VII sau CN, saqiya là một cơ cấu được vận hành bằng sức kéo của gia súc với nhiều bánh răng liên động (thường có hai bánh răng) được đặt ở các góc cách đều nhau. Bộ phận chính là một guồng quay thẳng đứng có bánh răng nối với một bánh răng nằm ngang khác. Bánh răng này được gắn vào một trục đứng, mà đỉnh trục được nối với một cây sào. Đầu kia của sào nối với ách của một con lừa hoặc con la. Khi con vật di chuyển thành vòng tròn thì sẽ làm cho trục đứng cũng như bánh xe nằm ngang chuyển động, qua đó làm cho guồng quay. Trên vành ngoài của guồng được gắn các gàu nước cách đều nhau (thường là những chiếc nồi to bằng đất sét). Khi gàu đạt đến một độ cao nào đó thì nước trong gàu bị đổ vào một cái rãnh bằng gỗ. Theo sử gia Ibn Bassal thì những chiếc saqiya là thiết bị tưới tiêu được sử dụng phổ biến nhất trong thế giới Hồi giáo cho đến tận thế kỷ XI.
      
Vít Archimedes
Vít Archimedes hay còn gọi là guồng xoắn Archimede là thiết bị cổ được đặt theo tên của nhà toán học người Hy Lạp sống vào thế kỷ III sau CN. Ông là người phát minh ra cỗ máy này bằng cách lắp các xi-lanh nằm nghiêng vào mặt trong của một ốc vít gỗ. Khi vít quay thì chuyển động xoắn ốc của xi-lanh đưa nước vào một cái rãnh. Trong tài liệu được viết vào khoảng năm 20 sau CN, nhà sử học Strabo kể rằng chính một chiếc vít như vậy đã giúp bơm nước từ sông Nile.

Bơm đẩy
Đây là thết bị độc đáo nhất trong số các máy bơm nước cổ đại do thiết kế phức tạp về mặt công nghệ cũng như đặc tính thoát nước theo dạng tia phun. Loại bơm này thường được đặt chìm một phần dưới nước nhằm đẩy vầ hút nước theo một đường ống nhờ hai pít-tông di chuyển trong một cặp xi-lanh. Các văn bản cổ đã xác định cụ thể mối liên quan giữa loại bơm này với hai nhà khoa học là Philo và Ctesibius sồng vào thời kỳ Hy Lạp hóa (Hellenistic Alexandria). Ít nhất 25 nguyên mẫu kiểu La Mã của loại bơm này vẫn còn sót lại đến ngày nay, chủ yếu được làm bằng đồng, chì và gỗ. Những chiếc bơm đẩy đầu tiên phục vụ triều đình được phát hiện tại Bolsena và Castrum Novum cho thấy các nguyên mẫu cụ thể và đặc trưng của thiết bị được thiết kế và chế tạo bằng đồng này. Hai xi-lanh được dựng đứng gần nhau, gần đáy của chúng được nối với nhau bằng một ống nằm ngang. Đáy xi-lanh có các van bản lề bằng đồng, mở vào trong. Một pít-tông được bọc đầu bằng da hoặc vòng đệm bằng lông cừu dồn nước vào phần đáy xi-lanh khi nó hạ xuống. Nước bị đẩy vào đường ống nằm ngang. Do đường kính của ống này nhỏ hơn đường kính xi-lanh nên áp lực nước trong đường ống rất mạnh, đủ sức mở van xả và giúp dòng nước thoát ra đạt được độ cao nhất định. Vì hai pít-tông hoạt động theo cơ chế đối ứng nên khi một chiếc hạ xuống thấp nhất thì chiếc còn lại được nâng lên vị trí cao nhất. Sau đó, chu trình này lại được lặp lại. Các van một chiều đảm bảo dòng nước di chuyển đúng hướng khi pít-tông hoạt động. Thiết kế của bơm Bolsena thực ra trông rất hiện đại với các cần van trượt thay vì van bản lề. Tùy vào mục đích sử dụng mà nước có thể được xả từ đường ống hoặc qua vòi phun. Hiện chỉ còn một chiếc bơm đồng cỡ lớn có vòi phun còn sót lại ở mỏ Sotiel Coronada (Ý). Người ta còn phát minh ra kiểu “khớp nối vạn năng”, thực chất là các ống nối với nhau để làm cho vòi phun xoay được mọi hướng.  
    
Nguồn: romanaqueducts.info