Водяное колесо с обратным выбросом, часто используемое в шахтах и, возможно, где-либо еще (например, в дренажных системах в сельском хозяйстве), было римским нововведением, помогавшим удалять воду с самых нижних уровней подземных выработок. Он описан Витрувием в его работе «Об архитектуре» , опубликованной около 25 г. до н.э. Остатки таких систем, обнаруженные в римских шахтах в ходе более поздних горных работ, показывают, что они использовались последовательно, чтобы поднимать воду на значительную высоту.
Римский автор Витрувий дает подробные инструкции по созданию водоотливных устройств и описывает три варианта «тимпана» в главе X «О архитектуре» . Это большое колесо, снабженное коробами, которые в первой конструкции охватывают весь диаметр колеса. В ящиках просверливаются отверстия для попадания в них воды, так что, когда ящик погружается в воду, он входит и поднимается при вращении колеса. Когда вода достигает вершины поворота, она вытекает в канал. Затем он описывает второй вариант, в котором ящики крепятся только к концам колеса, так что, хотя объем переносимой воды намного меньше, она поднимается на большую высоту. Последний вариант — это бесконечные цепочки ковшей, и можно добиться гораздо больших подъемных сил, хотя и потребуются большие усилия.
Плиний Старший , вероятно, ссылается на такие устройства при обсуждении серебряных и свинцовых рудников в своей «Естественной истории» . Испания производила больше всего серебра в его время, многие из серебряных рудников были открыты Ганнибалом. В одной из крупнейших были галереи, уходившие в гору на расстояние от одной до двух миль, «водяные люди» (по-латыни «акватини») осушали шахту, и они
Тот факт, что они стояли, предполагает, что они управляли колесами, стоя наверху и поворачивая шипы, и непрерывная работа производила постоянный поток воды.
Фрагменты таких машин были найдены в шахтах, вновь открытых в викторианскую эпоху в Испании, особенно в Рио-Тинто , где в одном экземпляре использовалось не менее 16 таких колес, работающих парами, причем каждая пара колес поднимала воду примерно на 3,5 метра ( 11 футов), что дает общую высоту подъема 30 метров (98 футов). Система была тщательно спроектирована, и ее эксплуатировали люди, нажимавшие на планки по бокам каждого колеса. Это не единичный пример, поскольку Оливер Дэвис упоминает примеры из медного рудника Тарсис и Логроньо в Испании , а также из Дакии . Месторождения золота в Дакии, ныне современной Румынии , были особенно богатыми и интенсивно работали после успешного римского вторжения под предводительством Траяна . По словам Оливера Дэвиса, одна из таких последовательностей, обнаруженная в Руде в округе Хунедоара в современной Румынии , имела глубину 75 метров (246 футов). Если бы он работал как в примере с Rio Tinto, ему потребовалось бы как минимум 32 колеса.
Одно такое колесо из Испании удалось спасти, и часть его сейчас выставлена в Британском музее . Некоторые компоненты пронумерованы, что позволяет предположить, что они были изготовлены над землей перед сборкой в подземных переходах. В 1930-х годах фрагмент деревянного ведра от дренажного колеса был найден в глубоких выработках золотого рудника Долаукоти на западе Уэльса и сейчас хранится в Национальном музее Уэльса в Кардиффе . Радиоуглеродный анализ датировал его примерно 90 годом нашей эры. С глубины 50 метров (160 футов) ниже известных открытых выработок можно сделать вывод, что дренажное колесо было частью последовательности, подобной той, что была обнаружена в Испании . Форма края одного из подъемных ковшей практически идентична испанской, что позволяет предположить, что для изготовления устройств использовался шаблон.
Другим устройством, которое широко использовалось, был винт Архимеда , и примеры таких дренажных машин также были найдены во многих старых шахтах. На изображениях показано, как винты приводятся в движение за счет наступления человека на внешний корпус, поворачивая весь аппарат как единое целое. Их также использовали последовательно, что увеличивало подъем воды из выработок. Однако с ними, должно быть, было сложнее работать, поскольку пользователю приходилось стоять на наклонной поверхности, чтобы повернуть винт. Чем круче уклон, тем выше риск соскальзывания пользователя с верхней части винта. Несомненно, водяное колесо с обратным ходом было легче использовать с горизонтальной поверхностью протектора. С другой стороны, винтом можно было бы управлять с помощью кривошипной рукоятки, прикрепленной к центральной оси , но это было бы более утомительно, поскольку вес оператора не приходится на кривошип, как это происходит при нажатии сверху.
Как и реверсивное водяное колесо, улитка использовалась для многих других целей, помимо осушения шахт. Орошение сельскохозяйственных угодий было бы наиболее популярным применением, но любая деятельность, связанная с подъемом воды, требовала бы использования этих устройств.
Множественные последовательности водяных колес использовались и в других местах Римской империи , например, в знаменитом примере в Барбегале на юге Франции . Эта система также представляла собой набор из 16 колес, но работала как обычное колесо с овершотом: колеса приводили в движение каменные мельницы и использовались для измельчения зерна. Водяные мельницы работали от каменного акведука , снабжавшего римский город Арль , и остатки каменных мельниц до сих пор видны на земле, в отличие от подземных дренажных систем шахт, которые были разрушены в ходе более поздних горных работ. Другие подобные последовательности мельниц существовали на Яникуле в Риме , но были закрыты и заменены более поздними зданиями, построенными на их вершинах.