Sonntag, 12. März 2017

Konstruktionsmethoden und Funktionsweise römischer Aquädukte

Überblick zu den Kontruktionsmethoden eines römischen Quädukts
 Die Grafik findet sich in hoher Auflösung - inkl. detaillierter Beschriftung - bei Flickr zur freien Verwendung

Beim Bau einer römischen Fernwasserleitung (Aquädukt) musste nicht selten eine Vielzahl an verschiedensten Hindernisse überwunden werden, die sich aus den Besonderheiten des jeweiligen Geländes ergaben. Welche technischen Lösungen die antiken Baumeister dafür entwickelten, veranschaulicht die obige Grafik. Das Trassengefälle wurde hierbei zwecks leichterer Erkennbarkeit von mir bewusst übertrieben dargestellt. In der Realität betrug es hingegen mitunter gerade einmal 0,14 Promille (z.B. Pont du Gard/Nîmes) - das entspricht einem Höhenunterschied von lediglich 14 cm auf einem Kilometer Länge! 


(1) Quellfassung, Sickergalerie, Flussableitung oder Talsperre: Bei der Wahl ihres Wassers waren die Römer äußerst wählerisch. Dementsprechend bevorzugte man hochwertiges Quellwasser, das mittels einer regulären Einfassung oder einer Sickergalerie aus lose aufeinandergesetzten Steinen angezapft wurde - so z.B. im Fall der Eifelwasserleitung nach Köln.
In Ausnahmefällen griff man auch auf Flusswasser zurück; vorzugsweise auf solches aus den noch vergleichsweise sauberen Oberläufen. In trockenen Gegenden - wie etwa Spanien - wurden zusätzlich Talsperren errichtet, um auch im Sommer genügend Wasser vorrätig zu haben.
Kalkhaltiges - und somit geschmacklich besseres Wasser - erfreute sich größerer Beliebtheit als kalkarmes. Es konnte daher vorkommen, dass eine ferne kalkhaltige Quelle mit vergleichsweise großem Aufwand erschlossen wurde, anstatt auf eine nahe, zwar saubere, aber eben kalkarme Quelle zuzugreifen. Dem Problem, dass sich der im Wasser gelöste Kalk an der Innenseite der Leitungen ablagerte, begegnete man häufig bereits in der Planungsphase mit einem stark überdimensionierten Leitungsquerschnitt, sodass die sich bildenden Sinterschichten, die beispielsweise beim Pont du Gard bis zu 50 cm (!) betragen, erst nach Jahrzehnten oder Jahrhunderten entfernt werden mussten.
Während unterirdische Überlandleitungen häufig begehbar und gemauert waren, wurden in innerstädtischen Verteilernetzen kleinere Rohre verwendet, die mitunter aus gesundheitsschädlichen Blei bestanden. Interessanterweise waren es aber ausgerechnet die oben beschriebenen Kalkablagerungen, die hier eine Vergiftung des Trinkwassers weitestgehend verhinderten. Trotzdem wies der antike Baumeister Vitruv darauf hin, dass Wasser aus Tonröhren gesünder ist. (Vitruv, De Architectura VIII, 6, 10-11). Und in der Tat war ja zumindest bei neu verlegten Rohren aus Blei noch keine schützende Kalkschicht an der Innenseite vorhanden.


(2) Unterirdischer Kanal: Beim Begriff Aquädukt denken viele zu allererst an Brückenbauten für den Wassertransport. Doch eigentlich sind damit sämtliche Bauformen römischer Fernwasserleitungen gemeint. Unter anderem zählen dazu unterirdische Kanäle. Diese waren, wie der größte Teil des Fernwasserleitungssystems, als Freispiegelleitungen ausgeleg (Ausnahme, siehe Punkt 7). Das Wasser floss darin einzig und alleine aufgrund eines stätigen Gefälles von A nach B. Man spricht hier passenderweise auch von Gefälle- oder Gravitationsleitung
Diese unterirdischen geführten Kanäle bestanden - wenn sie z.B. nicht durch Felsen getrieben worden waren - zumeist aus gemauerten Ziegelsteinen bzw. aus in Holzverschalungen gegossenen opus caementitium (Gussbeton). Letzerer ist bezüglich Druckfestigkeit selbst mit heutigen Methoden kaum zu übertreffen.
Zwar war die Innenseite der Kanäle mit opus signinum (ein wasserdichter Mörtel) verputzt, doch schüttete man bei der ersten Inbetriebnahme zur Vorsicht Asche in das Wasser, die undichte Stellen abdichten sollte (Vitruv, De Architectura VIII, 6, 9). In einigen Fällen wurde sogar zusätzlich die Außenseite versiegelt, um das Eindringen von Fremdwasser zu verhindern. Daran ist ersichtlich, welch außerordentlich großer Wert im antiken Rom auf die Trinkwasserqualität gelegt wurde.


(3) Oberirdisch auf einer Mauer geführter Kanal: Kleine Einschnitte im Gelände wurden mithilfe einfacher, schmuckloser Mauern überbrückt. In steinarmen Gegenden waren auch Erddämme ein Option.
Überdies deckte man oberirdisch geführte Trinkwasserkanäle wie diesen oft mit Platten ab. Dadurch wurde nicht nur die Verschmutzung des Wassers minimiert, sondern auch sein Verdunsten. Besonders in eher heißen Gebieten war dies von Bedeutung. 


(4) Tunnel in Qanat-Bauweise (Lichtloch-Verfahren): Im äußerst trockenen Nahen Osten stellte das Qanat schon früh eine Möglichkeit dar, tief im Boden liegende Grundwasservorkommen zu erschließen. Dabei wurde ein langer, wasserführender Tunnel mit vielen von oben kommenden Verbindungsschächten angeschnitten, über die Wasser entnommen werden konnte. Im Laufe der Zeit gelangte dieses Verfahren zu den Etruskern, von denen es sich wiederum die Römer abschauten. Letztere entwickelten das Qanat weiter und führten es im allgemeinen Tunnelbau ein: Dabei teilte man zuerst den geplanten Tunnel in unterschiedliche Baulose ein. Jeder dieser Abschnitte wurde dann mittels eines senkrechten Schachts von zuvor exakt berechneter Tiefe erschlossen. Die vom Grund der Schächte aus gegrabenen, (mehr oder weniger) waagrecht verlaufenden Tunnel-Teilstücke verbanden sich nach und nach zu einem vollständigen Ganzen.
Neben dieser Möglichkeit Tunnelbauten zu realisieren nutzten die Römern auch noch das sogenannte Gegenort-Verfahren - siehe Punk 6.


(5) Aquäduktbrücke: Wie schon unter Punkt 2 erläutert, wird der Begriff Aquädukt häufig ausschließlich mit römischen Brückenbauten für den Wassertransport gleichgesetzt - was freilich ein Irrtum ist.
Aquäduktbrücken bestanden in der Regel aus gebrannten Ziegeln und/oder Naturstein (plus opus caementitium). Sie erreichten Höhen von bis zu 50 Meter und unterteilten sich häufig in mehrere Halbkreis-Bögen. Die Spannweite eines einzigen Bogens konnte dabei bis zu 25 Metern betragen. Auf der Krone dieser Bauten befand sich eine steinernen Rinne, in der das Wasser transportiert wurde.
Solche Brücken überspannten nicht nur Trocken- sondern auch Flusstäler. Für die antiken Ingenieure bedeutete letzeres eine zusätzliche technische Herausforderung, da Pfeilergründungen im Wasser bzw. im feuchten Untergrund nicht unproblematisch waren.
Da mit dem Bau vieler Aquäduktbrücken allem Anschein nach bereits begonnen wurde, wenn die Wasserleitung noch gar nicht bis zum betreffenden Tal vorgetrieben worden war, konnte es vorkommen, dass im Falle einer nachträglichen Änderung des Trassenverlaufs die Brücke plötzlich obsolet wurde. Sie stand dann halb oder gar schon ganz fertig sinnlos in der Gegend herum. Man nennt so eine Brücke umgangssprachlich Soda-Brücke, weil sie einfach "so dasteht".
In steinarmen Gegenden wurden mitunter gewaltige Brücken bzw. Dämme aus Erde aufgeschüttet, um Talsenken zu durchqueren. Beispiele hierzu liefern die römischen Siedlungsplätze von Tongeren und Nimwegen.
Auf der obigen Grafik nicht gesondert eingezeichnet, aber durchaus von einiger Bedeutung waren Umlenkbecken, die sich häufig unmittelbar vor großen Brückenbauten archäologisch nachweisen lassen. Sie dienten dem Zweck, Brücken für Reparaturarbeiten trocken zu legen.


(6) Tunnel im Gegenort-Verfahren: Hierbei wurde der Tunnel von zwei Seiten in Angriff genommen. Man traf sich ungefähr in der Mitte des Berges.
Die frühesten Beispiele für dieses Verfahren stammen nicht von den Römern, sondern aus dem Nahen Osten. Beispielsweise stellte Hiskia, der von 725-697 über das Königreich Juda regierte, mit einem 533 Meter langen Großtunnel die Wasserversorgung Jerusalems in Kriegszeiten sicher.
Auch der schon von Herodot bewunderte, 1036 Meter lange  Eupalinos-Tunnel, der in der zweiten Hälfte des 6. Jahrhunderts auf der Insel Samos entstand und nach dem dafür verantwortlichen Baumeister benannt wurde, fußt auf dem Gegenort-Verfahren.
Der bekannteste Gegenort Tunnel der Römer ist gleichzeitig auch der längste bekannte Tunnel, der in der Antike errichtet wurde. Dabei handelt es sich um den sogenannten Claudius-Tunnel. Er ist bemerkenswerte 5595 Meter lang und wurde in 11 Jahren von angeblich 30 000 Arbeitern aus dem Felsen gegraben. Zweck dieses Bauwerks war es, den Wasserspiegel des Fuciner Sees abzusenken. Dies gelang allerdings nur eingeschränkt.
Beim Graben von Tunneln im Gegenort-Verfahren bestand die Gefahr, dass sich die beiden Bautrupps verfehlten, sofern bei den Vermessungen und Berechnungen Fehler unterliefen - oder schlicht und ergreifend ungenau gearbeitet wurde. Ein Beispiel dafür ist eine in Saldae (Nordafrika) angelegte Wasserleitung. Beinahe wäre das gesamte Bauprojekt aufgegeben worden, weil es Probleme mit dem Tunnelvortrieb gab. Erst der vom Militär herbeigerufene Ingenieur Nonius Datus war in der Lage die Arbeiten erfolgreich fortzuführen, wie er noch auf seinem Grabstein (!) stolz verkündete. Dieser Text gibt einen ausgezeichneten Einblick in den antiken Tunnelbau. Außerdem lässt seine Veröffentlichung darauf schließen, dass die auftretenden Probleme beim Bau dieses Aquädukts einst hohe Wellen schlugen. Doch mehr dazu demnächst in einem gesonderten Blogbeitrag.


(7) Siphonstrecke / Druckrohrleitung: Vor allem bei Tälern, die tiefer als 50 Meter waren - wo also der Bau von entsprechend hohen Aquäduktbrücken bezüglich Statik und Aufwand problematisch wurde - griffen die römischen Ingenieure auf Druckrohrleitungen zurück. Dabei machten sie sich das Prinzip der kommunizierenden Röhren zunutze: In miteinander verbundenen Röhren behält nämlich das Wasser an jeder Stelle denselben Pegel. Allerdings ist zu beachten, dass aufgrund eines gewissen Druckverlusts das Wasser am Ausgang der Leitung des Aquädukts nicht die gleiche Höhe wie am Eingang erreichen kann. Dementsprechend tiefer musste der Ausgang geplant und gebaut werden.
Auch im innerstädtischen Bereich war es oft sinnvoll, das Verteilernetz nicht nur in Form von Freispiegelleitungen, sondern auch mit Druckrohrleitungen zu betreiben. So konnten - etwa im hügeligen Rom - selbst höher gelegene Gebiete größtenteils mit Trinkwasser versorgt werden. Allerdings war der Wasserdruck zumeist nicht stark genug, um auch die obersten Stockwerke der Häuser mit fließendem Wasser zu versorgen. Der Gang zu einem der unzähligen öffentlichen Straßenbrunnen zählte daher für die große Mehrheit der Bevölkerung zum Alltag. Übrigens, das überschüssige, permanent aus den Brunnen ausströmende Wasser wurde abgeleitet und zum durchspülen der Gossen und der Abwasserkanäle benutzt (heute erzählt man hingegen selbst den Menschen im wasserreichen Mitteleuropa, sie mögen doch Wasser sparen, was jedoch zu enormen Folgekosten führt, da die Abwasserleitungen nicht mehr ausreichend von Wasser durchströmt werden und verkrusten bzw. häufiger verstopfen).
Als Material wurden für römische Druckrohrleitungen Röhren aus Stein, Blei oder Ton verwendet - wobei regionale Unterschiede zu beobachten sind. Auf dem Gebiet des heutigen Frankreich dominierten beispielsweise Röhren aus Blei, während man in der Türkei eher auf Stein setzte.


(8) Hochleitung: Sie dienten u.a. dazu, den durch einen vorhandenen Höhenunterschied aufgebauten Wasserdruck bis zu einem bestimmten Punkt des Leitungssystems zu halten.
Überreste solcher Hochleitungen finden sich etwa vor und in der Stadt Rom. Ein besonders bekanntes Beispiel ist ist die von Caligula begonnene und von Claudius fertiggestellte Aqua Claudia. Auch die beeindruckende Hochleitung des Aquädukts von Miturno (Miturnae) ist bis heute zum Teil in einem äußerst guten Erhaltungszustand und kann von Interessierten Touristen besichtigt werden.


(9) Verteilerbecken (castellum divisorium): Im "castellum" endete die Fernwasserleitung. Das transportierte Wasser wurde hier verteilt und in das innerstädtische Druckleitungssystem eingespeist. In diesem gab es weitere Verteiler - beispielsweise in Form von schlanken, mit Steigleitung versehenen Türmchen, wie sie z.B. an vielen Straßenkreuzungen in Pompeji standen bzw. auch heute noch stehen.
Vitruv gab den Ratschlag, die im castellum vorgenommene Verteilung des Wassers nach Art der Abnehmer zu trennen. Und zwar dergestalt, dass bei eintretender Wasserknappheit die öffentlichen Anlagen automatisch gegenüber privaten Abnehmern bevorzugt wurden. Eine praktische Umsetzung dieses Ratschlags ließ sich bisher allerdings nicht nachweisen; weder im hervorragend konservierten Pompeji noch in anderen Städten wie Nîmes, wo die Verteileranlage ebenfalls erstaunlich gut erhalten blieb. Vitruv könnte demnach nur den Idealzustand der Wasserversorgung einer Stadt beschrieben haben, aber nicht den tatsächlichen.
Übrigens, hier nicht extra eingezeichnet ist das vergleichsweise klein dimensionierte Absetzbecken, das sich noch unmittelbar vor dem Verteilerbecken befand. Es diente zum Klären bzw. Reinigen des Wassers von Schwebstoffen.

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Weiterführende Literatur:

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4 Kommentare

  1. Klasse Übersicht zu diesem Thema, danke lieber Hilti!
    Karl0

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  2. Servus Hiltibold,
    darf ich deinen Blogartikel und die Zeichnungen für ein Referat in der Schule verwenden? Die Quelle gebe ich natürlich dabei an.

    Thomas

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    1. ach, hätte es zu meiner schulzeit doch nur das internet schon gegeben. vieles wäre einfacher gewesen ;-) chris

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