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城市树木风损情况的影响因素和设计建议
发布时间:2020-12-29

  摘    要: 近年城市风灾(台风等)引起的树木损坏导致的经济损伤与人员伤亡日渐严重,而针对树木风损的研究难度极大。城市树木强风环境中的损伤情况与城市区域形态、树种、种植环境、养护程度相关。通过将ArcGIS广州城市地图与2016年~2018年台风树木抢险数据叠加分析得到城市树木受损率高的城市区域和相对较易受损的树种,基于此归纳了相应城市区域的树木规划种植和养护的重点。

  关键词: 城市树木; 城市形态; ArcGIS城市地图; 强风损害;

  Abstract: In recent years, the economic damage and human casualties caused by tree damage caused by urban wind disasters(typhoons, etc.) have become more and more serious, and it is extremely difficult to study wind damage to trees. The damage of urban trees in a strong wind environment is related to the urban area morphology, tree species, planting environment and conservation degree. Based on the superposition analysis of ArcGIS Guangzhou city map and typhoon tree rescue data from 2016 to 2018, the urban areas with high tree damage rate and relatively vulnerable tree species are obtained. Based on this, the key points of tree planning, planting and conservation in corresponding urban areas were summarized.

  Keyword: urban trees; urban form; ArcGIS city map; wind damage;

  1 、城市树木风损情况研究方法

  1.1 、观测与经验法

  通过实地观测记录城市某区域的树木形态特征、种类、生长状态,并在风灾后调研记录树木具体损伤情况,综合所有信息得出城市树木对风灾具体响应的影响因素,反向指导树木的规划设计与种植管理。传统研究多应用此类方法,成果可靠性极度依赖研究人员的经验水平,效率较低。

  1.2、 归纳统计法

  通过对某地区长时间的树木检测或灾后大范围大基数的树木风损调研,并与树木相关因素进行回归分析,得出与树木风损情况具有相关性的因素。对比观测经验法更加精确可信,但成本巨大,无法推广使用。近年来针对风灾后城市树木损坏情况统计分析的调研多使用GIS与遥感[1]等技术(大幅减少资源投入,指数级扩大调研范围,提高结果可信度)。

  1.3 、力学模型法

  占树木风损类型主导地位的机械损伤可以通过建立力学模型来预测与提前避免。类似模型包括:Gales模型、H-Wind模型、URI模型等。力学模型法能对城市中每一棵树木进行唯一性的抗风能力分析,并提供精确的指导意见,缺陷在于依赖模型完善程度与调研获得的源数据精确度。当我们能为每一棵城市树木建立数据库时,真正有效益的风损预测才能实现。
 

城市树木风损情况的影响因素和设计建议
 

  1.4 、仪器检测法

  针对城市树木抗风能力检测的仪器主要包括TMS树木稳定安全性测试仪(直接判定树木强风倒伏风险),PICUS弹性波树木断层检测仪(检测树木主干内部损伤情况),TRU树木根系雷达检测系统(检测树木根系分布及生长情况)。

  2 、城市树木风损情况的影响因素研究

  2.1 、城市形态引起风环境差异性因素

  城市形态影响城市风环境,进而影响种植在不同环境中的树木的风损情况。建筑单体与组合形态直接影响到周围风场湍流;狭长街道狭管效应引起的局部强风甚至能在日常非风灾情况下对树木造成损伤[2]。将Arc GIS广州城市地图与2016-2018年广州绿化公司台风树木抢险数据[3]进行叠加,并将城市形态因素(建筑密度、容积率),城市环境类型与树木受损情况进行相关性分析(见图1)。城市树木受损及抢险最密集的区域为老城区住宅人口高密度区域,但因抢险数据与实际倒伏树木数据存在较大差异,且各类型城市区域的面积不等,故无法确定与城市树木风损直接相关的区域。但因树木倒伏产生的经济损失与安全问题是最关键的,故树木抢险数据具有很高的分析价值。结论得出:低层多层高密度区、密集-开敞区、高层建筑峡口区、高架桥周边城市空间是树木风灾受损严重区域。

  2.2 、植物因素

  城市树木自身因素是影响树木风损情况的重点。针对某类树木风灾后损坏情况研究树木各指标因素影响抗风能力的重要程度排序,其标准评价流程包括:

  (1)分区调查。

  (2)记录各种树木风害受损情况。

  图1 Arc GIS广州城市地图与树木受损数据叠加结果
图1 Arc GIS广州城市地图与树木受损数据叠加结果

  (3)测定形态学相关指标,利用层次分析法(AHP)对所测指标进行量化处理。

  (4)各类指标与风损数据进行相关性分析获得结果。针对各城市常用园林树木的抗风能力评级排序,对树木选种提供指导。

  依据Arc GIS广州城市地图与树木受损数据叠加(见图2)后发现,受损树种中小叶榕、绿黄葛树、羊蹄甲、构树和麻楝等占比较大。广州行道树应用频率较高的为小叶榕、杧果、绿黄葛树、海南蒲桃、羊蹄甲和尾叶桉等乡土树种。此6种占据一半以上的行道树总量,故小叶榕、绿黄葛树和羊蹄甲等树种受损数量较多与应用数量有关,并不能得出其抗风性差的结论。树木种类与抗风能力的相关性是复杂且难以量化的。

  2.3、 种植环境因素

  影响城市树木抗风能力的种植环境因素主要包括:

  (1)树池尺度,影响根系分布与生长状态从而影响锚固力。

  (2)土壤类型与含水量,影响根-土界面的质量与抗剪强度从而影响树木连根侧翻的概率。

  (3)建筑与其它人工构筑物,影响树木树冠生长与空间分布(偏冠会增加树木风倒概率)。

  2.4、 养护因素

  人工养护因素主要包括:

  (1)树冠层修剪疏枝,城市树木的修建需要平衡夏季遮阴与抵抗强风两大矛盾的需求,同时也应兼顾视觉景观的体验。

  (2)病虫害,相对最难以量化评估同时也是对树木抗风能力最致命的影响因素。

  (3)树木支架安装,对偏冠大树、新植小树、病虫害树木均可提供支撑作用,降低连根侧翻的概率。

  3、以抗风为目的城市树木规划设计建议

  3.1、 针对不同城市环境规划设计不同类型的绿植

  针对2.1中提到的城市风环境随不同类型的城市形态而改变,故在城市不同区域选择种植不同种类的树木、设计不同类型的植物组团形式、进行不同强度与频率的人工维护。

  图2 Arc GIS树木受损情况树种分析
图2 Arc GIS树木受损情况树种分析

  (1)低层多层高密度区,通常为城市老旧城区、城中村区域,在该区域很少存在新植树木的问题,但对老旧树木需高强度维护。因空间狭窄,光照不均等环境因素使得树木倾斜、偏冠,根系不规则生长等不利因素累加,树木易受风损,须加装针对偏冠的支架,并进行回缩修剪。

  (2)密集-开敞区域,指一侧为高密度高层建筑,一侧为开敞环境的区域。由于梯度风阔线“断层式”差异使得交界区域湍流复杂,树木极易受到风损。而鉴于该环境下多见绿地与交通道路,故位于绿地中的植物可选择根系发达的本土树木,并在设计时利用高低渐进的组团来提升树木整体抗风能力;而在交通道上的行道树则尽量避免树高、冠幅较大的树木,并加装树木支架。

  (3)高层建筑狭口区域,单纯由建筑形态引起的局部强风,由于面积较小,可直接减少树木的种植或在狭口位置规划广场等硬质功能区。

  (4)高架桥等交通复杂区域,同样湍流复杂,在植物规划上减少使用乔木,多使用灌木、地被以及可依附于高架桥生长的爬藤植物等。

  3.2 、树木种类选择

  虽然树木的抗风能力随城市环境、生长环境、养护条件等因素的变化而变化,并不存在绝对抗风的树种,也不存在绝对的树木抗风能力排序。但在限定其他条件不变的情况下来讨论树木本身的抗风能力还是具备实际意义的。树木本身的抗风能力由高度、迎风面积、枝叶密度、枝叶柔韧程度、木材力学参数、根系分布及生长状态等因素共同决定。而上述因素又与日照、土壤、温湿度、病虫害等环境因素影响而变得不可确定[4,5]。目前适应某地区的抗风树种评估与排序的结论仅可用于参考。

  3.3、 种植环境优化

  针对城市树木的种植环境优化可依据硬质环境树木与软质环境树木分类。对于硬质环境树木(主要指各级道路的行道树),扩大树池面积,为树木根系提供足够的生长空间。对于软质环境树木注意种植间距,因绿地中树木不存在根系生长空间限制问题,但可能会因规划设计过于密集而影响植物生长状态,间接降低抗风能力。

  3.4、 加强人工养护

  以提高抗风能力为目的城市树木人工养护工程主要包括:树冠层修剪,对于生长状态良好的树木(枝叶密集度较高)应进行适当的疏枝修剪,提高树木抗风能力。对于老旧社区及其他城市环境中的偏冠树木,应尽量进行缩回修剪。树木支架安装,针对幼小树木、偏冠大树、老龄大树可采用不同种类的树木支架,减小树木强风环境中连根侧翻概率。但树木支架安装不当(安装位置位于树干薄弱处,安装后长时间不调整致支架嵌入树干等)可能会大幅提升树木在强风环境中主干折断的风险[6]。

  4、 结论与讨论

  城市树木在强风环境中受损情况是一个复杂的综合性议题,由不同类型的因素共同决定。而因素之间的关键程度量化一直是业界追求解决的问题。避开在城市环境中复杂湍流多发的区域(低层多层高密度区、密集-开敞区、高层建筑峡口区、高架桥周边城市空间)种植高大树木,并在树木日常维护,灾后抢险资源不足的情况下优先投入在上述城市区域内(尤其是低层多层高密度老城区)。在重要交通道路行道树选种时多用本土抗风评级高的树木,注重自然绿地植物高低渐进搭配,尽量扩大树池尺度,对评估易风损的树木安装支架,注重树木修剪疏枝等措施均可降低城市树木风损程度。

  参考文献

  [1]李渊,严泽幸,王德.基于无人机遥感的“莫兰蒂”台风前后植被变化分析:以鼓浪屿为例[J].风景园林,2019,26(3):110-115.
  [2]梁颢严,李晓晖,肖荣波.城市通风廊道规划与控制方法研究—以《广州市白云新城北部延伸区控制性详细规划》为例[J].风景园林,2014(5):92-96.
  [3]黄颂谊,陈峥,周圆.珠海市“天鸽”“帕卡”台风灾后行道树倒伏及复壮调研[J].广东园林,2017,39(6):91-95.
  [4]祖若川,罗立娜,刘晶,李茂富,李绍鹏,张杨.滨海公园棕榈类植物抗风性调查与评价分析[J].北方园艺,2016(5):89-94.
  [5]杨莉莉.浙江省沿海城市行道树抗风能力调查研究[D].杭州:浙江大学,2006.
  [6] 章锦瑜.台风对台中乔木破坏之调查[J].东海学报,2000(41):149-160.

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