De techniek van watertransport

Watertorens vormden, tezamen met de bron, het filtergebouw, de reinwaterkelder, het pompstation en de waterleidingen, de technische installatie voor de drinkwatervoorziening. Om water met een gelijkmatige druk over grote afstanden te kunnen verplaatsen is het nodig een drukverschil te creëren tussen de bron en het aftappunt. In streken met grote hoogteverschillen kan gebruik gemaakt worden van hoger gelegen bronnen. De Romeinen waren al zeer bedreven in het bouwen van grote watertransportnetwerken waarin het water van hoger gelegen bronnen naar de bevolkingscentra werd getransporteerd. De restanten van deze netwerken, zoals het 275 meter lange aquaduct Pont du Gard voor de watervoorziening van Nîmes, maken nog steeds grote indruk op ons.

In het bijna vlakke Nederland moesten echter andere systemen voor het transport van water worden ontwikkeld. Al sinds het begin van de centrale drinkwatervoorziening in Nederland werden er twee systemen naast elkaar toegepast; de watertoren en de windketel.
Bij het gebruik van een watertoren wordt er een verticale leiding vanuit het leidingnet naar een in een watertoren gebouwd reservoir gevoerd. Deze leiding wordt een standleiding genoemd en verzorgt zowel de aanvoer als de afvoer van en naar het reservoir. Als er meer water wordt gebruikt dan de door pompen geleverd wordt, stroomt er water vanuit het reservoir via de standleiding naar het leidingnet; andersom wordt het reservoir via de standleiding gevuld als er meer water wordt aangevoerd vanuit de reinwaterkelder dan er wordt verbruikt. De waterstand in het reservoir stuurt deze opvoerpompen. Door de watervoorraad in het reservoir valt de druk niet weg als de wateraanvoer stagneert of als de waterafname tijdelijk groter is dan de aanvoer. Met de uitvinding van de stoommachine kwam in de negentiende eeuw een betrouwbare aandrijving voor de pompinstallaties beschikbaar. Het is duidelijk dat deze ontwikkeling de bouw van watertorens heeft gestimuleerd.
De windketel bestaat uit een stalen tank die voor een klein gedeelte met water en voor de rest met perslucht gevuld is. Het luchtkussen verzorgt de druk op het leidingnet. Met behulp van een compressor wordt de druk constant gehouden. Bij het plotseling uitvallen van een pomp dempt het luchtkussen de drukgolf.
Met het gebruik van hoogreservoirs in watertorens werd begonnen in de eerste helft van de negentiende eeuw. De noodzaak om een hoeveelheid water in hoogreservoirs in reserve te houden hing aanvankelijk samen met de uitvinding van de stoomlocomotief, die in de loop van de 19de eeuw in Europa een algemeen verschijnsel werd. Om stoomlocomotieven van voldoende water te kunnen voorzien, werden op regelmatige afstanden watertorens gebouwd.

Essentieel voor een watertoren is het reservoir. Diverse constructies van verschillende materialen zijn toegepast. De eerste watertoren in Nederland, de in 1856 in Den Helder gebouwde toren, had een reservoir van gietijzer. Het reservoir had geen dak en geen ontmanteling. Om bevriezing in de winter te voorkomen moest de toren verwarmd worden. Door de verbeteringen in de ijzerproductie werden in de tweede helft van de negentiende eeuw steeds meer reservoirs van smeedijzer gemaakt. Door de geringere bodem- en wanddikte konden lichtere constructies worden ontworpen.

Ook de vorm werd verder door ontwikkeld. Rechthoekige reservoirs voor de spoorwegen werden vervangen door cilindervormige reservoirs voor de waterleidingbedrijven. De vlakke bodem werd uiteindelijk vervangen door een dubbele gebogen schaalvormige bodem.

Bijzonder onderzoek van Prof. Dr. O.A.L. Intze, hoogleraar in de mechanica aan de Königliche Polytechnische Schule te Aken, resulteerde in een ontwerp dat beter bestand was tegen de enorme spanningen in het reservoir en waarin de krachten op het dragende onderstel van de toren beter verdeeld werden. Bovendien betekende het ontwerp van Intze een besparing van 25% op het materiaal voor de onderbouw.
Voor zover bekend is de gewapend beton constructie van het Intze-ontwerp alleen toegepast in de watertoren van Assendelft. Alle overige uitvoering van dit ontwerp zijn in smeedijzer.

Industrie watertorens langs de Zaan

Door de intensivering van de industrie zijn er, ook in de Zaanstreek, steeds meer bedrijven eigen watertorens gaan bouwen. Soms was het het productieproces dat dit nodig maakte. Bij de papierfabricage bijvoorbeeld is veel water nodig voor het transport van de papierpulp naar de papiermachines. Andere, met name brandgevoelige bedrijven hadden grote sprinkler installaties die in geval van brand veel water onder hoge druk nodig hadden. Er zijn nog enkele van deze torens in de Zaanstreek te vinden.