树木根系入侵对雨水和污水系统的影响：澳大利亚案例研究中城市绿化与基础设施的平衡之道

《Environmental Challenges》：Impacts of Tree Root Intrusion on Stormwater and Sewer Systems: Balancing Urban Greenery with Infrastructure in an Australian Case Study

　　本研究针对城市绿化中树木根系入侵地下管道导致基础设施损坏的难题，系统评估了澳大利亚Orange市雨水与污水管网受损程度。研究发现，约23.8%的雨水管道、20%的污水支管和26.1%的污水干管受到根系入侵，其中石棉水泥(AC)管最易受损。通过建立财务模型，揭示当前市政更新预算存在5.6-11.2倍的资金缺口，并建立了常见树种破坏性分级体系。研究成果为通过树种优选、根障设置等预防性措施实现基础设施可持续管理提供了科学依据。

　　

在现代城市中，郁郁葱葱的街道树木为混凝土森林带来了生机与活力，它们不仅美化环境，还能改善空气质量、缓解热岛效应。然而，这些看似温和的绿色居民却在地下世界悄然展开一场无声的"根茎战争"——它们的根系不断寻找水源和养分，而地下管道系统恰好成为理想目标。当树根穿透管道裂缝和接口，不仅会造成堵塞和结构损坏，还可能引发污水外溢、环境污染等严重后果。在澳大利亚，超过95%的管道堵塞事件都与树根入侵有关，这一矛盾使得城市管理者陷入两难境地：既要扩大绿化覆盖，又要保护地下基础设施。

为了破解这一难题，研究人员在环境领域期刊《Environmental Challenges》上发表了最新研究成果。他们以澳大利亚新南威尔士州奥兰治市为案例，通过多源数据整合与财务建模，首次量化评估了树木根系对城市排水系统的实际影响，并提出了切实可行的平衡策略。

研究团队采用了多种关键技术方法：首先从市政资产维护登记系统、客户请求管理(CRM)系统和污水行动维护系统(SAMS)中提取了长达11年的维护记录；其次通过闭路电视(CCTV)检测技术对雨水和污水管道进行内部状态评估，总检测长度达7.325公里雨水管道和5.3公里污水管道；同时结合现场调查确定了树种信息及其种植环境；最后基于市政资产管理计划(AMP)数据建立了财务模型，计算不同情景下的资产生命周期成本。

3.1. 雨水管道

通过对7.325公里雨水管道的CCTV检测发现，23.8%的管道存在根系入侵或损坏证据。检测画面显示，根系主要通过管道接口渗入，导致结构退化和局部堵塞，严重影响了管道的排水能力。研究人员估计，在整个236公里的雨水管网中，约有56.2公里可能面临根系入侵风险，这凸显了在高密度植树区域进行针对性干预的紧迫性。

3.2. 污水干管

对2,455条居民服务请求记录的分析表明，在2009-2020年间，36.7%的污水管道堵塞和维护问题与根系活动直接相关。这一数据揭示了根系入侵对污水系统正常运行造成的显著影响。

3.3. 根系对污水管的损害

详细的CCTV检测数据显示，污水支管和干管的根系入侵频率分别为每100米0.56次和0.41次，综合入侵率为每100米0.52次。据此推算，全市约有79.38公里污水支管和10.38公里污水干管受到根系影响，这一发现与国际研究结果相吻合，证实根系入侵是全球城市面临的共同挑战。

3.4. 污水管材料

不同管材对根系入侵的抵抗能力存在显著差异：聚氯乙烯(PVC)管的入侵率为14%，石棉水泥(AC)管高达31.8%，钢筋混凝土(RC)管为18.5%，釉面陶土(VC)管为28.6%。劣化曲线分析显示，AC管和VC管约50年即达到不可使用状态，而混凝土管在理想条件下可使用100年。这表明管材特性而非土壤条件是影响根系相关损坏的主要因素。

3.5. 树种对基础设施退化的影响

研究建立了树种破坏性分级体系，将常见城市树种按破坏程度分为四个等级：伦敦梧桐和金岑等大型长寿树种破坏等级达9级（极端）；英国榆、白蜡树和枫香等为6-8级（显著）；欧洲朴树和混合桉树种为4-5级（中等）；针栎、椴树和银桦等仅为2级（轻微）。这一分级为城市规划中的树种选择提供了科学依据。

3.6. 土壤类型与根系损害

尽管研究区域存在Kraznozems和Red Earths两种主要土壤类型，但分析未发现土壤类型与根系损害程度之间存在相关性。这表明管道材料、施工质量等基础设施因素可能比土壤条件对根系入侵风险的影响更大。

3.7. 根系损害对基础设施的财务影响

财务分析揭示了根系影响资产与未影响资产之间的显著成本差异。对于600毫米管径的管道，雨水管生命周期成本从无影响的48,900澳元升至预测模型中的285,500澳元；污水管则从131,800澳元增至531,000澳元。当前市政年度更新预算严重不足，雨水和污水管资金缺口分别高达5.6-11.2倍和2.4-4.8倍。

3.8. 解决根系对污水管损害的潜在方案

研究总结了多种解决方案：移除具有侵略性根系的树木、安装根障、定期CCTV检测、采用非开挖修复技术（如衬管修复）、化学处理以及选择浅根树种等。每种方案都在成本、环境影响和可行性方面各具特点。

3.9. 迈向考虑根系因素的基础设施韧性规划

从更广泛的资产管理视角，研究强调了将植被胁迫因素纳入生命周期成本建模和基于风险的更新规划的必要性。结合高入侵概率和严重后果，根系入侵属于高风险类别，需要采取多管齐下的缓解策略。

3.10. 工程相关性与设计启示

研究结果揭示了传统管道设计假设与城市环境压力现实之间的关键差距。暴露于侵略性根系系统的污水基础设施需要30-40年进行修复或更换，远低于80-100年的设计寿命，这表明需要修订资产寿命预测和维护计划。

这项研究通过系统的实证分析，为城市管理者提供了科学决策依据。研究不仅量化了树木根系对地下基础设施的实际影响，还建立了实用的树种选择指南和财务评估模型。研究结果强调，通过科学的树种选择、预防性维护和充足的资金支持，完全有可能实现城市绿化与基础设施保护的双赢局面。这一研究成果对于全球面临类似挑战的城市具有重要参考价值，特别是对于那些拥有老化管道网络和不断扩展的城市植被的地区而言，提供了可操作的管理框架和解决方案。