北京大興國際機場鳥撞風險評價及防范對策*

彭 蕾 蘇俊伊 尹 豪，2

1 北京林業大學園林學院 北京 100083 2 城鄉生態環境北京實驗室 北京 100083

鳥類撞擊(Bird strike) 通常是指航空器在起飛、 飛行、 降落狀態時與附近活動的鳥類發生碰撞導致的飛行安全事故[1]。 由于大部分鳥類的飛行高度與飛機下降著陸、 起飛爬升的高度有所重合， 因此鳥撞多發生在機場附近[2]。 目前關于鳥撞防范的研究主要集中在不同機場周邊的鳥類調查與風險評價[3-5]， 但評價結果僅針對鳥類本身，難以直接應用于鳥撞防范工作。

北京大興國際機場(以下簡稱“北京大興機場” ) 于2019 年9 月25 日正式投入運營。 按照目標， 截至2025 年， 旅客運輸量將達7200 萬人次， 貨郵吞吐量200 萬t， 飛機起降62.8 萬架次。巨大的運輸量使鳥撞防范成為機場安全運行的重要保障工作。 本研究利用《北京新機場項目環境影響報告書》 (以下簡稱“報告書” ) 的鳥類調查數據進行風險評價后， 根據鳥類的棲息偏好對機場周邊生境再次進行風險評價， 明確高風險鳥類、 生境類型以及需要嚴格控制鳥類棲息的區域范圍， 通過針對性的生境改進降低控制區內鳥類棲息環境的適宜性， 從生態的角度減少北京大興機場鳥撞事故的發生。

1 研究區概況

北京大興機場位于永定河沖積平原， 地跨北京市大興區和河北省廊坊市， 區域內有天堂河和永定河兩條河流， 其中永定河河床已被大面積開發用于種植業， 部分地段殘存小面積的河床植被；天堂河是機場周邊最主要的水系， 河岸種植有人工防護林和草地。

結合遙感影像和實地考察發現， 機場周邊共有草地、 灌叢、 林地、 農田、 河流、 灘地和村鎮7 種生境， 豐富的生境類型為鳥類提供多樣的棲息環境。 草地以白茅(Imperata cylindrica)、 蘆葦(Phragmites australis)、 牛筋草 (Eleusine indica)等為主； 農田的主要農作物為小麥 (Triticum aestivum) 和玉米(Zea mays)； 農田田埂、 河岸和道路分布著防護林， 以加楊 (Populus×canadensis)、 毛白楊 (Populus tomentosa)、 旱柳(Salix matsudana)、 刺槐(Robinia pseudoacacia)、臭椿(Ailanthus altissima) 等為主[6]。 因此， 區域內各類生境的優勢物種雖能滿足多種鳥類的棲息需求， 但卻成為機場發生鳥撞事故的隱患。

2 研究方法

2.1 鳥類風險分析模型建立

根據報告書， 機場周邊共調查到鳥類58 種，涵蓋夏候鳥、 冬候鳥、 留鳥、 旅鳥4 種類型[6]。為反映這些鳥類對機場安全的威脅程度， 需構建鳥撞風險評價體系， 將上述鳥類按照風險值進行分級， 以此作為鳥撞防范先后順序和機場周邊生境改進的依據。

鳥撞事故與機場周邊鳥類的種類、 數量、 體重、 集群狀況密切相關[7]， 因此本研究選取鳥類飛行高度(X1)、 體長(X2) 和密度(X3) 作為風險評價因子， 其中鳥類的個體體長和密度的風險函數為式(1):

式(1) 中:R(Y) 為鳥類體長和密度的風險函數值，Y為風險因子，Y1為無風險下界，Y2為臨界上限；R(Y) 存在最小值， 小于該值沒有風險， 大于該值則R(Y) 越大風險越大。 對于體長， 下限為觀察到的鳥類最小體長9 cm， 上限為最大體長為78 cm； 對于密度， 麻雀、 喜鵲的出現密度最高， 設為3 級； 家燕、 烏鴉、 灰喜鵲等的出現密度次之， 設為2 級； 其余鳥類設為1 級。

鳥類飛行高度的風險函數為式(2):

式(2) 中:R(Z) 為鳥類飛行高度的風險函數值，Z1為風險區域下界，Z2為中間值，Z3為風險區域上界；R(Z) 有一個中間值， 越接近該中間值風險越大， 當數值低于或超過一定界限后則不存在風險[8]。 根據國際民航組織的數據， 確定40 m 為飛行高度風險的中間值[9]， 上限為觀察到的最高高度100 m， 下限為0 m。

2.2 風險因子權重計算及風險分類

由于風險因子對鳥類風險評價的貢獻程度不同， 因此需要確定各因子的影響權重， 加權計算這58 種鳥的綜合風險值(Integrated Risk Value，IRV)。 本研究采用專家打分法確定權重[10]， 計算公式如式(3):

式(3) 中:aj表示第j個因子的權重；m為專家數量；n為因子數量；Rj為m個專家對第j個因子評定的序號總和。

經過計算， 鳥類飛行高度、 體長和密度的風險權重分別為: 0.39、 0.37、 0.24， 綜合風險值計算公式為式(4):

逐一計算鳥類的綜合風險值并對危險程度分類:IRV＞0.7， 表示嚴重危險； 0.5 ＜IRV≤0.7，表示很危險； 0.25＜IRV≤0.5， 表示較危險；IRV≤0.25， 表示一般危險[11]。

鳥類在棲息地的某一位置出現并非是隨機的，不同鳥類對植物生境的偏好存在差異[12]， 因此需要將鳥類風險值轉化為生境風險值， 并在多種生境中明確首要改進的高風險生境。 將鳥類的綜合風險值作為權重， 分別評價高風險鳥類對機場周邊生境的偏好程度， 計算公式如式(5):

式(5) 中，Rh為某個生境類型的風險值，IRVn為第n種鳥類的綜合風險值，Sn為第n種鳥類對該生境的偏好值[13-14]。 鳥類對生境的偏好設為3 檔: 1 分代表不偏好該生境； 2 分代表對該生境偏好一般； 3 分代表偏好該生境。 當所有鳥類對某生境偏好一般時， 該生境的風險值為16.66，表現為偶爾有鳥類出現但不傾向于長期棲息； 當風險值大于16.66 時， 該生境較為吸引鳥類的棲息， 屬于高風險生境， 反之則為低風險生境。

3 結果與分析

3.1 鳥類風險分類

由表1 可知: 在機場周邊的鳥類中， 嚴重危險的鳥類只有喜鵲1 種， 這種鳥生性機警， 能很快適應機場驅鳥設備[15]； 很危險的鳥類有4 種， 分別是麻雀、 獵隼、 家燕、 大嘴烏鴉； 較危險的鳥類有綠頭鴨、 夜鷺、 短趾百靈、 灰喜鵲等16 種； 一般危險的有黑頭蠟嘴雀、 灰斑鳩、 鳳頭百靈等37 種。

表1 (續)

表1 北京大興機場周邊鳥類的綜合風險值與危險程度

選取“嚴重危險”“很危險”和“較危險”類別的21 種鳥作為嚴格控制鳥類。 按居留型劃分，留鳥有7 種，候鳥有14 種。 北京大興機場臨近太行山鳥類遷徙通道和北戴河鳥類遷徙通道，因此候鳥的占比相對更高。 按生態特征劃分，鳴禽有11 種，攀禽3 種，中型猛禽、涉禽、陸禽各為2 種，游禽1種，說明北京大興機場周邊生境復雜多樣，吸引以中小型鳴禽為主的多種生態特征鳥類，但受到濕地面積限制而少有水鳥。

3.2 鳥類生境風險評價

由表(2)可知:高風險生境包括林地、灘地和農田，其中林地的風險值最高，為18.16，是麻雀、大嘴烏鴉、夜鷺、灰喜鵲等11 種高風險鳥類所偏好的棲息環境；灘地的風險值為17.22，是麻雀、獵隼、家燕等9 種鳥類偏好的生境；農田的風險值是16.96，是喜鵲、麻雀、大嘴烏鴉等8 種鳥類偏好的棲息地。 低風險生境為村鎮、河流、草地和灌叢，其中村鎮的人類活動頻繁，能夠適應人類聚居環境的鳥類有8 種，但它們的風險值相對較低，因此該生境的風險較低；河流、草地和灌叢的鳥類數量均不超過5 種，因此這3 類生境對機場安全的威脅也相對較小。

表2 生境風險評價結果

由于林地的風險值最高且下屬類型多樣，為進一步探討不同林地組成結構對機場安全的影響，林地可劃分為闊葉林、針葉林、針闊混交林和林緣。基于這一分類，將偏好林地的嚴格控制鳥類的棲息偏好再次打分，得到不同林地類型的風險值為闊葉林(13.05)＞林緣(12.67)＞針闊混交林(11.52)＞針葉林(10.13)。 可見，4 類林地的風險值相近，其中闊葉林風險值最高，易吸引更多高風險鳥類棲息，針葉林的吸引力相對較弱。 此外，林緣地帶也是吸引鳥類活動的重要棲息環境，因此，在大興機場周邊的林地可以通過調整林緣線影響部分鳥類的棲息活動。

4 降低鳥類風險策略

基于生境風險計算結果和鳥類活動范圍，劃定北京大興機場嚴格控制區；通過小范圍的生境改進，直接或間接地破壞嚴格控制鳥類生存所必需的食物、筑巢環境等棲息條件，減少機場鳥撞事故的概率。

4.1 嚴格控制區的劃定

機場鳥類嚴格控制區的劃定受跑道兩側與端點的緩沖范圍影響。 機場跑道兩側的緩沖范圍需大于嚴格控制鳥類常規體力條件下的活動范圍，避免其在控制區與機場跑道間多次往返穿梭；機場跑道端點的緩沖范圍即保證飛機起飛或降落到最易發生鳥撞事故的高度時，水平范圍內沒有鳥類的出現。

嚴格控制鳥類中的喜鵲、麻雀等通常活動范圍在3 000 m 內[16-17]，選取這一上限數值劃定鳥類對機場跑道兩側威脅的最大范圍，確定跑道兩側的緩沖半徑為1 500 m。 從發生高度看，超過90%的鳥擊事故發生在700 m 以下，一般民航飛機起飛角度保持在10°～20°，因此，研究選取10°為起飛最小角度，確定跑道端點的緩沖半徑為4 000 m(圖1)。結合北京大興機場的跑道位置使用ArcGIS 的緩沖分析工具設置緩沖區，劃定機場鳥類的嚴格控制區(圖2)。

圖1 飛機起降范圍示意圖

圖2 北京大興機場鳥類嚴格控制區

4.2 嚴格控制區的生境改進

4.2.1 嚴格控制區的生境

根據現狀衛星影像獲得機場嚴格控制區內各類生境的分布位置及面積比例(圖3)。 由于控制區內的草地和灌叢生境、河流和灘地生境難以通過衛星影像解譯區分，因而將其合并為“草地與灌叢”類別和“河流與灘地”類別。

圖3 北京大興機場鳥類嚴格控制區的生境類型分布圖

鳥類嚴格控制區的生境涵蓋農田、林地、草地、灌叢、河流、灘地和村鎮7 種類型，其中農田為嚴格控制區的生態環境基底，占控制區總面積的63.64%；林地作為高風險生境占18.61%。 除難以識別的灘地生境外，區域內高風險生境的占地面積為82.25%，對喜鵲、麻雀、大嘴烏鴉、灰喜鵲等嚴格控制鳥類有強烈吸引力，具有較高的鳥撞事故潛在風險，因此需要著重對其進行針對性改進以降低鳥類棲息的適宜性。

4.2.2 嚴格控制區的生境改進策略

1) 控制區外“種青引鳥”。 目前機場鳥類嚴格控制區的本底以高風險生境為主，難以大幅度改動生境面積，因此可參考上海浦東機場“九段沙種青工程”的“種青引鳥”，通過在遠離機場的位置建立適宜性遠高于控制區的鳥類棲息環境，將棲息地逐漸外引，減少機場周邊鳥類棲息的機會[18]。

2) 高風險生境引入人工驅鳥設施。 可在高風險生境使用高空驅鳥設備、聲音驅鳥設備、攔鳥網等人工驅鳥設備直接攔截周邊鳥類[5]，并建立鳥類的活動監測系統和數據庫，及時預測機場周邊鳥情，實施積極有效的防范措施[11]。

3) 更換區域內鳥類的食源、棲息植物。 鳥類的覓食、筑巢行為與特定植物種類有一定的關聯性， 例如鷺類通常營巢于馬尾松(Pinus massoniana)、楓香(Liquidambar formosana)、苦櫧(Castanopsis sclerophylla)等[19]。 區域內現狀的楊樹、柳樹、刺槐等樹種對鳥類棲息活動有較強的吸引力，因而應從食源與筑巢的角度適當替換或減少。

4) 疏透植物群落的種植密度。 控制區內的高風險鳥類普遍傾向于選擇植物群落種植密度大、植株高的隱蔽環境營巢[20-21]。 鳥類嚴格控制區內生境的植物群落應采用視線通透、層次簡單的種植形式。 對于現狀林地，可適當砍伐疏通、減少林地內矮小灌叢比例，降低環境隱蔽度。 由于多種嚴格控制鳥類偏向在林緣地帶活動，區域內林地的林緣線應盡量避免復雜、彎曲的形態，減少林緣長度。

5) 加強區域排水效率，以暗渠替代農田排水溝。 地表水是鳥類主要的吸引物[22]，尤其吸引涉禽和游禽的棲息停留，因此控制區應配備有效的排水系統，平整用地防止形成地表積水；澆灌農田的排水溝用暗渠代替[23]，減小地表水面積。

6) 村鎮及時清理垃圾，避免長時間堆放。 冬季鳥類食源較少，村鎮垃圾的堆放吸引著喜鵲、大嘴烏鴉等鳥類，其覓食的飛行路徑若與飛機飛行軌道交叉將大大增加發生鳥撞事故的可能。 因此村鎮需要及時清理各類垃圾，避免其長時間在地表裸露[24-25]。

5 討論與結論

5.1 討論

機場鳥撞事故主要源于其為鳥類提供有利的棲息環境，包括水、食物、筑巢、暫棲和棲息場所[15]。 綜合多個機場的鳥類風險評價結果發現，麻雀、家燕、喜鵲、家鴿是各機場共有的典型高風險鳥類[26-28]，這些鳥類在本研究中也歸屬于較高的危險等級。 除此之外，不同機場的高風險鳥類也呈現差異化的構成特征。 昆明長水國際機場由于地處牛欄江與寶象河分水嶺而有較多依賴水源棲息的涉禽[11]，而北京大興機場周邊的獵隼、雀鷹、黑啄木鳥、大杜鵑等中大型猛禽、攀禽較少出現在南方機場，基本符合羅剛等[29]歸納的華北地區機場高風險鳥類以大型草原型鳥類、中型猛禽和適應人類聚居區的小型鳥類為主的研究結果。

機場周邊高風險鳥類的構成受到生境類型的重要影響。 林地、灘地和農田由于吸引大量嚴格控制鳥類而成為大興機場周邊的高風險生境，并以林地的風險值最高。 沈陽桃仙國際機場的鳥撞防范研究也證實林地在各生境中的鳥類多樣性指數最高[19]。 然而，桂林兩江國際機場[30]和天津濱海機場[31]的研究發現濕地葦叢、灌木林是鳥類最主要的生境，這一結果的不同可能受到地理區位、鳥類分布或植被特征的影響，也說明機場周邊的高風險生境判定需要結合實地勘察數據進行具體計算。

本文選用嚴格控制鳥類常規體力條件下的3 000 m 活動范圍作為機場跑道兩側的緩沖半徑，然而鳥類的活動范圍受到森林、農田、河流環境本底的影響而有所差別。 因此，在未來的研究中應增加不同環境、不同鳥類活動范圍的對比分析，對嚴格控制區的劃定方法加以補充完善。

5.2 結論

通過對北京大興機場周邊鳥類和生境的風險評價發現，嚴格控制鳥類以常年遷徙的旅鳥為主，生態特征以中小型鳴禽為主，少有高度依賴濕地環境的水鳥。 林地、灘地、農田是影響機場安全的高風險生境類型，其中林地風險值最高，尤其是林緣線曲折多變的闊葉林更易吸引高風險鳥類棲息，調整林地的面積占比、組成結構、林緣形態均可改變高風險鳥類棲息的概率。