Người La Mã nổi tiếng với những hệ thống dẫn nước đưa nguồn nước sạch từ xa về các thành phố và khu định cư. Quy mô của một số công trình thực sự đáng kinh ngạc. Chẳng hạn, hệ thống dẫn nước Valens từng cung cấp nước cho Constantinople (Istanbul ngày nay), có tổng chiều dài khoảng 400 km. Một số hệ thống kéo dài hàng trăm kilomet, tồn tại qua nhiều thế kỷ và thậm chí có công trình vẫn tiếp tục cung cấp nước cho đến ngày nay.
Một phần của hệ thống dẫn nước La Mã ở Caesarea, trên bờ biển Địa Trung Hải. (Ảnh: Getty Images)
Không chỉ dài, các công trình này còn có độ bền đáng kinh ngạc. Những vòm cầu dẫn nước cao chót vót vẫn còn tồn tại ở nhiều nơi sau hàng nghìn năm, đặt ra câu hỏi: Người La Mã đã xây dựng những hệ thống khổng lồ và bền vững như vậy bằng cách nào?
Bí quyết bắt đầu từ độ dốc
Bước đầu tiên là lựa chọn nguồn nước, trong đó các con suối thường là lựa chọn phổ biến. Sau đó, người La Mã phải thiết kế toàn bộ tuyến đường sao cho nước có thể tự chảy từ nguồn đến thành phố.
Theo Ann Olga Koloski-Ostrow, giáo sư chuyên ngành cổ điển tại Đại học Brandeis (Mỹ), nguyên tắc cơ bản là tạo ra một độ dốc nhẹ và liên tục từ nguồn nước đến điểm cuối.
Nghe có vẻ đơn giản, nhưng đây là một thách thức kỹ thuật lớn, đặc biệt với những hệ thống dài hàng chục hoặc hàng trăm kilomet. Nếu độ dốc quá lớn, nước có thể chảy quá nhanh và làm hư hại công trình. Nếu quá thấp, nước sẽ không thể chảy đến nơi cần thiết.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khảo sát La Mã sử dụng những dụng cụ đo đạc chuyên dụng như libra để xác định độ cao và dioptra để đo góc.
Joseph Lewis, nhà khảo cổ học tại Đại học Cambridge (Anh), cho biết các nhà khảo sát sẽ quan sát qua những thanh ngắm hướng về các cọc đánh dấu được đặt trên mặt đất để xác định sự chênh lệch độ cao.
Một số thiết bị khác sử dụng quả nặng treo để giúp đo độ nghiêng của địa hình. Bằng cách khảo sát liên tục dọc theo tuyến đường dự kiến, người La Mã có thể xác định chính xác nơi nào cần đào, nơi nào cần xây cao và nơi nào phải đưa đường dẫn nước xuống lòng đất.
Không phải mọi đường dẫn nước đều nằm trên những vòm cầu khổng lồ
Hình ảnh quen thuộc nhất về hệ thống dẫn nước La Mã là những hàng vòm đá cao lớn. Tuy nhiên, đó chỉ là một phần trong toàn bộ mạng lưới.
Nhiều đoạn dẫn nước được xây dựng ngầm dưới lòng đất, đặc biệt ở những khu vực có địa hình phức tạp. Một số hệ thống gần như không xuất hiện trên mặt đất cho đến khi tiến sát thành phố, trong khi những hệ thống khác phải chạy trên các vòm cầu trong quãng đường dài để vượt qua thung lũng hoặc những vùng địa hình thấp.
Việc kết hợp linh hoạt giữa đường hầm, kênh ngầm và cầu vòm giúp người La Mã duy trì độ dốc cần thiết cho nước chảy liên tục, đồng thời tránh được nhiều trở ngại của địa hình.
Một trong những yếu tố quan trọng giúp các công trình tồn tại hàng nghìn năm là vật liệu xây dựng.
Người La Mã sử dụng một loại bê tông đặc biệt có chứa pozzolan, một dạng tro được trộn với vôi và nước. Hỗn hợp này tạo thành loại vật liệu có độ bền rất cao và có thể cứng lại khi tiếp xúc với nước.
Giovanni De Feo, giáo sư kỹ thuật công nghiệp tại Đại học Salerno (Italia), cho biết bê tông La Mã đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc xây dựng cầu, các hành lang có mái vòm và nhiều bộ phận kết cấu khác.
Vật liệu tốt không phải là lý do duy nhất giúp các công trình tồn tại lâu đến vậy. Theo De Feo, độ bền đáng kinh ngạc của các hệ thống dẫn nước là kết quả của nhiều yếu tố kết hợp. Người La Mã đặc biệt chú trọng đến việc lựa chọn những tuyến đường có nền địa chất ổn định và tránh các khu vực có nguy cơ mất ổn định.
Nước được lọc trước khi vào thành phố
Khi dòng nước đến gần thành phố, nó đôi khi được dẫn vào các bể chứa để loại bỏ bụi bẩn và các tạp chất có thể nhìn thấy.
Nước sẽ được giữ lại trong bể để các chất cặn lắng xuống đáy trước khi tiếp tục chảy đến những bể phân phối. Harry Evans, giáo sư danh dự về văn học cổ điển tại Đại học Fordham (Mỹ), cho biết quá trình này giúp cải thiện chất lượng nước trước khi đưa vào sử dụng trong thành phố.
Việc xây dựng những công trình khổng lồ như vậy đòi hỏi một lực lượng lao động lớn. Số lượng công nhân phụ thuộc vào quy mô của từng dự án và thời gian hoàn thành. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng hệ thống dẫn nước Hadrian tại Athens (Hy Lạp), dài khoảng 20 km, có thể đã được hoàn thành trong vòng 15 năm với lực lượng khoảng 500 công nhân.
Nhưng xây dựng chỉ là bước khởi đầu. Để hệ thống tiếp tục hoạt động trong nhiều thế kỷ, người La Mã còn phải tiến hành bảo trì thường xuyên.
Cees Passchier, chuyên gia địa vật lý kiến tạo tại Đại học Johannes Gutenberg Mainz (Đức), đã nghiên cứu một hệ thống dẫn nước La Mã tại Divona, Pháp. Nghiên cứu của ông cho thấy các lớp cacbonat có thể tích tụ bên trong đường dẫn theo thời gian. Các công nhân bảo trì đôi khi cạo bỏ một phần lớp cặn này trước khi trát lại bề mặt. Tại một số nơi khác, họ chỉ đơn giản phủ thêm vữa lên lớp cacbonat mà không làm sạch hoàn toàn.
Quy mô lực lượng bảo trì cũng rất khác nhau. Với một địa điểm nhỏ như Divona, khoảng một chục công nhân có thể đủ để duy trì hệ thống. Nhưng tại Rome, cần tới vài trăm người để đảm bảo mạng lưới dẫn nước khổng lồ tiếp tục vận hành.
Ngay cả sau khi đế chế La Mã sụp đổ, nhiều hệ thống dẫn nước vẫn tiếp tục tồn tại. Một số được sử dụng và bảo trì trong suốt thời Trung Cổ, thậm chí kéo dài đến thời hiện đại.
Một ví dụ nổi bật là Aqua Virgo, hệ thống dẫn nước được xây dựng vào năm 19 trước Công nguyên. Sau hơn 2.000 năm, công trình này vẫn tiếp tục cung cấp nước cho thành phố Rome.
