Цистерны: История и современные применения для хранения воды.

Введение

Водонепроницаемая емкость для хранения жидкостей, обычно воды, подземный резервуар.

Цистерна (; , ; ) – это углубление в скальной породе или почве, предназначенное для сбора и хранения воды. Для предотвращения утечек внутреннюю поверхность цистерны часто облицовывали гидравлической штукатуркой.

Раннее использование в домашних и сельскохозяйственных условиях

Водонепроницаемые цистерны из известковой штукатурки в полах домов характерны для неолитических поселений Леванта, например, в Рамаде и Леве. К концу четвертого тысячелетия до н.э., как в Джаве на северо-востоке Ливана, цистерны стали важнейшим элементом развивающихся технологий управления водными ресурсами в земледельческих общинах, занимающихся сухим земледелием. К ранним примерам древних цистерн, обнаруженных в Израиле, относится значительная находка в Тель-Хазоре, где большая цистерна была высечена в скальном основании под дворцом позднего бронзового века. Подобные системы были раскопаны и в Таанахе. В железный век подземные водопроводные системы строились в царских центрах и поселениях по всей территории древнего Израиля, что является одним из самых ранних примеров инженерной деятельности в области городского планирования. Древнеримский имплювий, стандартный элемент дома-домуса, как правило, имел цистерну под собой. Имплювий и связанные с ним конструкции собирали, фильтровали, охлаждали и хранили воду, а также обеспечивали охлаждение и вентиляцию дома.

Цистерны замка

В Средние века цистерны часто возводили в замках на холмах в Европе, особенно в тех местах, где невозможно было вырыть колодцы достаточной глубины. Существовали два типа цистерн: резервуарная и фильтровальная. Фильтровальная цистерна была построена в Ригерсбурге в австрийской Штирии, где её вырубили прямо в лавовой породе. Дождевая вода просачивалась через песчаный фильтр и собиралась в цистерне. Фильтр очищал дождевую воду и насыщал её минералами.

Современное использование

Цистерны широко распространены в районах с дефицитом воды, будь то из-за ее редкости или истощения в результате интенсивного использования. Исторически вода из цистерн использовалась для различных целей, включая приготовление пищи, орошение и стирку. В настоящее время цистерны часто применяются исключительно для орошения из-за опасений по поводу качества воды. Современные цистерны могут быть оснащены фильтрами или другими системами очистки воды, если вода предназначена для употребления. Нередко цистерны имеют открытый доступ для сбора дождевой воды или включают в себя более сложные системы сбора дождевой воды. В таких случаях важно предусмотреть систему, которая предотвращает загрязнение воды водорослями или размножение комаров, привлекаемых водой и способных переносить заболевания людям. Некоторые цистерны располагаются на крышах домов или на возвышенностях, обеспечивая водоснабжение дома. Они часто питаются от скважин с электрическими насосами или заполняются вручную или с помощью цистерн, а не дождевой водой. Например, они очень распространены по всей Бразилии и традиционно строились из бетонных стен (подобно самим домам) с бетонной крышкой (толщиной около 5 см), имеющей съемную часть для заполнения водой и последующей герметизации для защиты от мусора и насекомых. Современные цистерны изготавливаются из пластика (в Бразилии они обычно ярко-синего цвета, имеют круглую форму и вместимость от 10 000 до 50 000 литров – от 2641 до 13 208 галлонов). В отличие от резервуаров для воды, цистерны не полностью закрыты и герметичны; они имеют крышку из того же материала, что и сама цистерна, которую пользователь может снимать. Для поддержания чистоты воды цистерну необходимо регулярно чистить. Важно регулярно осматривать цистерны, обеспечивать их герметичность, периодически опорожнять и очищать раствором хлора с последующей тщательной промывкой. Воду из скважин необходимо проверять на наличие загрязнений из подземных источников. В городскую воду добавляют до 1 ppm (частей на миллион) хлора для поддержания ее чистоты. Если возникают какие-либо сомнения относительно качества воды на любом этапе (от источника до крана), воду из цистерны не следует использовать для питья или приготовления пищи. При приемлемом качестве и стабильности ее можно использовать для (1) унитазов и уборки дома; (2) душа и мытья рук; (3) мытья посуды с соблюдением санитарных норм и, для наивысшего качества, (4) приготовления пищи и питья. Воду, не соответствующую указанным требованиям, можно использовать для орошения. Если вода не содержит твердых частиц, но содержит бактерии, кипячение может быть эффективным способом ее обеззараживания. Многие теплицы, особенно в Соединенных Штатах, используют цистерны для удовлетворения своих потребностей в воде. В некоторых странах и регионах, таких как Фландрия, Бермудские острова и Виргинские острова США, действуют строгие законы, требующие установки систем сбора дождевой воды при строительстве новых зданий, и в этих случаях могут использоваться цистерны. Например, на Бермудских островах характерные белые ступенчатые крыши домов являются частью системы сбора дождевой воды, где вода стекает по водостокам на крыше в подземные цистерны. Другие страны, такие как Япония, Германия и Испания, также предлагают финансовые стимулы или налоговые льготы для установки цистерн. Цистерны также могут использоваться для хранения воды для тушения пожаров в районах с недостаточным водоснабжением. Город Сан-Франциско, в частности, поддерживает пожарные цистерны под улицами на случай перебоев в основном водоснабжении. Во многих равнинных районах рекомендуется использовать цистерны для поглощения избыточной дождевой воды, которая в противном случае может перегрузить канализационные или дренажные системы во время сильных дождей (особенно в городских районах, где большая часть земли покрыта поверхностями, не позволяющими ей поглощать воду).

Cisterns are commonly prevalent in areas where water is scarce, either because it is rare or has been depleted due to heavy use. Historically, the water was used for many purposes including cooking, irrigation, and washing. Present day cisterns are often used only for irrigation due to concerns over water quality. Cisterns today can also be outfitted with filters or other water purification methods when the water is intended for consumption. It is not uncommon for a cistern to be open in some manner in order to catch rain or to include more elaborate rainwater harvesting systems. It is important in these cases to have a system that does not leave the water open to algae or to mosquitoes, which are attracted to the water and then potentially carry disease to nearby humans. Some cisterns sit on the top of houses or on the ground higher than the house, and supply the running water needs for the house. They are often supplied by wells with electric pumps, or are filled manually or by truck delivery, rather than by rainwater collection. Very common throughout Brazil, for example, they were traditionally made of concrete walls (much like the houses themselves), with a similar concrete top (about 5 cm/2 inches thick), with a piece that can be removed for water filling and then reinserted to keep out debris and insects. Modern cisterns are manufactured out of plastic (in Brazil with a characteristic bright blue color, round, in capacities of about 10,000 and 50,000 liters (2641 and 13,208 gallons)). These cisterns differ from water tanks in the sense that they are not entirely enclosed and sealed with one form, rather they have a lid made of the same material as the cistern, which is removable by the user. To keep a clean water supply, the cistern must be kept clean. It is important to inspect them regularly, keep them well enclosed, and to occasionally empty and clean them with a proper dilution of chlorine and to rinse them well. Well water must be inspected for contaminants coming from the ground source. City water has up to 1ppm (parts per million) chlorine added to the water to keep it clean. If there is any question about the water supply at any point (source to tap), then the cistern water should not be used for drinking or cooking. If it is of acceptable quality and consistency, then it can be used for (1) toilets, and housecleaning; (2) showers and handwashing; (3) washing dishes, with proper sanitation methods, and for the highest quality, (4) cooking and drinking. Water of non acceptable quality for the aforementioned uses may still be used for irrigation. If it is free of particulates but not low enough in bacteria, then boiling may also be an effective method to prepare the water for drinking. Many greenhouses rely on a cistern to help meet their water needs, particularly in the United States. Some countries or regions, such as Flanders, Bermuda and the U. S. Virgin Islands, have strict laws requiring that rainwater harvesting systems be built alongside any new construction, and cisterns can be used in these cases. In Bermuda, for example, its familiar white stepped roofs seen on houses are part of the rainwater collection system, where water is channeled by roof gutters to below ground cisterns. Other countries, such as Japan, Germany, and Spain, also offer financial incentives or tax credit for installing cisterns. Cisterns may also be used to store water for firefighting in areas where there is an inadequate water supply. The city of San Francisco, notably, maintains fire cisterns under its streets in case the primary water supply is disrupted. In many flat areas, the use of cisterns is encouraged to absorb excess rainwater which otherwise can overload sewage or drainage systems by heavy rains (certainly in urban areas where a lot of ground is surfaced and doesn't let the ground absorb water).

Купание

В некоторых странах Юго-Восточной Азии, таких как Малайзия и Индонезия, традиционно принимают душ, поливая тело водой с помощью ковша (эта практика возникла до того, как водопровод стал широко распространенным). Многие ванные комнаты, даже в современных домах, оборудованы небольшой емкостью для воды, чтобы купаться таким способом.

Цистерны для туалетов

Современный туалет использует бачок для хранения и удержания необходимого количества воды для смыва унитаза. В ранних моделях бачок располагался высоко над унитазом и был соединен с ним длинной трубой. Для смыва необходимо было потянуть за подвесную цепь, соединенную с выпускным клапаном внутри бачка. Современные туалеты могут быть с близким подключением, когда бачок устанавливается непосредственно на унитаз без промежуточной трубы. В этом случае механизм смыва (рычаг или кнопка) обычно располагается на бачке. Также существуют туалеты со скрытым бачком, где бачок встроен в стену за унитазом. Смывовой желоб – это тип бачка, используемый для одновременного обслуживания нескольких унитазов. Однако такие бачки становятся все менее распространенными. Бачок послужил основой для создания современного биде. В начале цикла смыва, по мере понижения уровня воды в бачке унитаза, запорный клапан смыва опускается вниз, перекрывая основной поток в смывную трубку. Поскольку уровень воды в бачке еще не достиг линии наполнения, вода продолжает поступать из бачка и наполняющих трубок. Когда вода снова достигает линии наполнения, поплавок освобождает шток запорного клапана, и поток воды прекращается.

Программа "Один миллион цистерн"

В северо-восточной Бразилии программа «Один миллион цистерн» (Programa 1 Milhão de Cisternas или P1MC) оказывает помощь местному населению в управлении водными ресурсами. Бразильское правительство приняло эту новую политику сбора дождевой воды в 2013 году. Организация Semi Arid Articulation (ASA) предоставляет управленческую и технологическую поддержку для строительства контейнеров с цементным покрытием, называемых цистернами, для сбора и хранения дождевой воды для мелких фермерских хозяйств на 34 территориях девяти штатов, где действует ASA (Минас-Жерайс, Баия, Сергипе, Алагоас, Пернамбуку, Параиба, Рио-Гранде-ду-Норте, Сеара и Пиауи). Дождевая вода, стекающая с крыш, направляется по трубам или водостокам и хранится в цистерне. Цистерна закрывается крышкой для предотвращения испарения. Вместимость каждой цистерны составляет 16 000 литров. Вода, собранная в течение 3–4 месяцев сезона дождей, обеспечивает потребности в питьевой воде, приготовлении пищи и других базовых санитарных нуждах на протяжении остального сухого периода. К 2016 году было установлено 1,2 миллиона цистерн для сбора дождевой воды исключительно для нужд населения. После успешной реализации P1MC правительство запустило еще одну программу под названием «Одна земля, две воды» (Uma Terra, Duas Águas, P1 + 2), которая предоставляет фермерам дополнительную цистерну для поддержки сельскохозяйственного производства.