北京大兴国际机场鸟撞风险评价及防范对策*

彭 蕾 苏俊伊 尹 豪，2

1 北京林业大学园林学院 北京 100083 2 城乡生态环境北京实验室 北京 100083

鸟类撞击(Bird strike) 通常是指航空器在起飞、 飞行、 降落状态时与附近活动的鸟类发生碰撞导致的飞行安全事故[1]。 由于大部分鸟类的飞行高度与飞机下降着陆、 起飞爬升的高度有所重合， 因此鸟撞多发生在机场附近[2]。 目前关于鸟撞防范的研究主要集中在不同机场周边的鸟类调查与风险评价[3-5]， 但评价结果仅针对鸟类本身，难以直接应用于鸟撞防范工作。

北京大兴国际机场(以下简称“北京大兴机场” ) 于2019 年9 月25 日正式投入运营。 按照目标， 截至2025 年， 旅客运输量将达7200 万人次， 货邮吞吐量200 万t， 飞机起降62.8 万架次。巨大的运输量使鸟撞防范成为机场安全运行的重要保障工作。 本研究利用《北京新机场项目环境影响报告书》 (以下简称“报告书” ) 的鸟类调查数据进行风险评价后， 根据鸟类的栖息偏好对机场周边生境再次进行风险评价， 明确高风险鸟类、 生境类型以及需要严格控制鸟类栖息的区域范围， 通过针对性的生境改进降低控制区内鸟类栖息环境的适宜性， 从生态的角度减少北京大兴机场鸟撞事故的发生。

1 研究区概况

北京大兴机场位于永定河冲积平原， 地跨北京市大兴区和河北省廊坊市， 区域内有天堂河和永定河两条河流， 其中永定河河床已被大面积开发用于种植业， 部分地段残存小面积的河床植被；天堂河是机场周边最主要的水系， 河岸种植有人工防护林和草地。

结合遥感影像和实地考察发现， 机场周边共有草地、 灌丛、 林地、 农田、 河流、 滩地和村镇7 种生境， 丰富的生境类型为鸟类提供多样的栖息环境。 草地以白茅(Imperata cylindrica)、 芦苇(Phragmites australis)、 牛筋草 (Eleusine indica)等为主； 农田的主要农作物为小麦 (Triticum aestivum) 和玉米(Zea mays)； 农田田埂、 河岸和道路分布着防护林， 以加杨 (Populus×canadensis)、 毛白杨 (Populus tomentosa)、 旱柳(Salix matsudana)、 刺槐(Robinia pseudoacacia)、臭椿(Ailanthus altissima) 等为主[6]。 因此， 区域内各类生境的优势物种虽能满足多种鸟类的栖息需求， 但却成为机场发生鸟撞事故的隐患。

2 研究方法

2.1 鸟类风险分析模型建立

根据报告书， 机场周边共调查到鸟类58 种，涵盖夏候鸟、 冬候鸟、 留鸟、 旅鸟4 种类型[6]。为反映这些鸟类对机场安全的威胁程度， 需构建鸟撞风险评价体系， 将上述鸟类按照风险值进行分级， 以此作为鸟撞防范先后顺序和机场周边生境改进的依据。

鸟撞事故与机场周边鸟类的种类、 数量、 体重、 集群状况密切相关[7]， 因此本研究选取鸟类飞行高度(X1)、 体长(X2) 和密度(X3) 作为风险评价因子， 其中鸟类的个体体长和密度的风险函数为式(1):

式(1) 中:R(Y) 为鸟类体长和密度的风险函数值，Y为风险因子，Y1为无风险下界，Y2为临界上限；R(Y) 存在最小值， 小于该值没有风险， 大于该值则R(Y) 越大风险越大。 对于体长， 下限为观察到的鸟类最小体长9 cm， 上限为最大体长为78 cm； 对于密度， 麻雀、 喜鹊的出现密度最高， 设为3 级； 家燕、 乌鸦、 灰喜鹊等的出现密度次之， 设为2 级； 其余鸟类设为1 级。

鸟类飞行高度的风险函数为式(2):

式(2) 中:R(Z) 为鸟类飞行高度的风险函数值，Z1为风险区域下界，Z2为中间值，Z3为风险区域上界；R(Z) 有一个中间值， 越接近该中间值风险越大， 当数值低于或超过一定界限后则不存在风险[8]。 根据国际民航组织的数据， 确定40 m 为飞行高度风险的中间值[9]， 上限为观察到的最高高度100 m， 下限为0 m。

2.2 风险因子权重计算及风险分类

由于风险因子对鸟类风险评价的贡献程度不同， 因此需要确定各因子的影响权重， 加权计算这58 种鸟的综合风险值(Integrated Risk Value，IRV)。 本研究采用专家打分法确定权重[10]， 计算公式如式(3):

式(3) 中:aj表示第j个因子的权重；m为专家数量；n为因子数量；Rj为m个专家对第j个因子评定的序号总和。

经过计算， 鸟类飞行高度、 体长和密度的风险权重分别为: 0.39、 0.37、 0.24， 综合风险值计算公式为式(4):

逐一计算鸟类的综合风险值并对危险程度分类:IRV＞0.7， 表示严重危险； 0.5 ＜IRV≤0.7，表示很危险； 0.25＜IRV≤0.5， 表示较危险；IRV≤0.25， 表示一般危险[11]。

鸟类在栖息地的某一位置出现并非是随机的，不同鸟类对植物生境的偏好存在差异[12]， 因此需要将鸟类风险值转化为生境风险值， 并在多种生境中明确首要改进的高风险生境。 将鸟类的综合风险值作为权重， 分别评价高风险鸟类对机场周边生境的偏好程度， 计算公式如式(5):

式(5) 中，Rh为某个生境类型的风险值，IRVn为第n种鸟类的综合风险值，Sn为第n种鸟类对该生境的偏好值[13-14]。 鸟类对生境的偏好设为3 档: 1 分代表不偏好该生境； 2 分代表对该生境偏好一般； 3 分代表偏好该生境。 当所有鸟类对某生境偏好一般时， 该生境的风险值为16.66，表现为偶尔有鸟类出现但不倾向于长期栖息； 当风险值大于16.66 时， 该生境较为吸引鸟类的栖息， 属于高风险生境， 反之则为低风险生境。

3 结果与分析

3.1 鸟类风险分类

由表1 可知: 在机场周边的鸟类中， 严重危险的鸟类只有喜鹊1 种， 这种鸟生性机警， 能很快适应机场驱鸟设备[15]； 很危险的鸟类有4 种， 分别是麻雀、 猎隼、 家燕、 大嘴乌鸦； 较危险的鸟类有绿头鸭、 夜鹭、 短趾百灵、 灰喜鹊等16 种； 一般危险的有黑头蜡嘴雀、 灰斑鸠、 凤头百灵等37 种。

表1 (续)

表1 北京大兴机场周边鸟类的综合风险值与危险程度

选取“严重危险”“很危险”和“较危险”类别的21 种鸟作为严格控制鸟类。 按居留型划分，留鸟有7 种，候鸟有14 种。 北京大兴机场临近太行山鸟类迁徙通道和北戴河鸟类迁徙通道，因此候鸟的占比相对更高。 按生态特征划分，鸣禽有11 种，攀禽3 种，中型猛禽、涉禽、陆禽各为2 种，游禽1种，说明北京大兴机场周边生境复杂多样，吸引以中小型鸣禽为主的多种生态特征鸟类，但受到湿地面积限制而少有水鸟。

3.2 鸟类生境风险评价

由表(2)可知:高风险生境包括林地、滩地和农田，其中林地的风险值最高，为18.16，是麻雀、大嘴乌鸦、夜鹭、灰喜鹊等11 种高风险鸟类所偏好的栖息环境；滩地的风险值为17.22，是麻雀、猎隼、家燕等9 种鸟类偏好的生境；农田的风险值是16.96，是喜鹊、麻雀、大嘴乌鸦等8 种鸟类偏好的栖息地。 低风险生境为村镇、河流、草地和灌丛，其中村镇的人类活动频繁，能够适应人类聚居环境的鸟类有8 种，但它们的风险值相对较低，因此该生境的风险较低；河流、草地和灌丛的鸟类数量均不超过5 种，因此这3 类生境对机场安全的威胁也相对较小。

表2 生境风险评价结果

由于林地的风险值最高且下属类型多样，为进一步探讨不同林地组成结构对机场安全的影响，林地可划分为阔叶林、针叶林、针阔混交林和林缘。基于这一分类，将偏好林地的严格控制鸟类的栖息偏好再次打分，得到不同林地类型的风险值为阔叶林(13.05)＞林缘(12.67)＞针阔混交林(11.52)＞针叶林(10.13)。 可见，4 类林地的风险值相近，其中阔叶林风险值最高，易吸引更多高风险鸟类栖息，针叶林的吸引力相对较弱。 此外，林缘地带也是吸引鸟类活动的重要栖息环境，因此，在大兴机场周边的林地可以通过调整林缘线影响部分鸟类的栖息活动。

4 降低鸟类风险策略

基于生境风险计算结果和鸟类活动范围，划定北京大兴机场严格控制区；通过小范围的生境改进，直接或间接地破坏严格控制鸟类生存所必需的食物、筑巢环境等栖息条件，减少机场鸟撞事故的概率。

4.1 严格控制区的划定

机场鸟类严格控制区的划定受跑道两侧与端点的缓冲范围影响。 机场跑道两侧的缓冲范围需大于严格控制鸟类常规体力条件下的活动范围，避免其在控制区与机场跑道间多次往返穿梭；机场跑道端点的缓冲范围即保证飞机起飞或降落到最易发生鸟撞事故的高度时，水平范围内没有鸟类的出现。

严格控制鸟类中的喜鹊、麻雀等通常活动范围在3 000 m 内[16-17]，选取这一上限数值划定鸟类对机场跑道两侧威胁的最大范围，确定跑道两侧的缓冲半径为1 500 m。 从发生高度看，超过90%的鸟击事故发生在700 m 以下，一般民航飞机起飞角度保持在10°～20°，因此，研究选取10°为起飞最小角度，确定跑道端点的缓冲半径为4 000 m(图1)。结合北京大兴机场的跑道位置使用ArcGIS 的缓冲分析工具设置缓冲区，划定机场鸟类的严格控制区(图2)。

图1 飞机起降范围示意图

图2 北京大兴机场鸟类严格控制区

4.2 严格控制区的生境改进

4.2.1 严格控制区的生境

根据现状卫星影像获得机场严格控制区内各类生境的分布位置及面积比例(图3)。 由于控制区内的草地和灌丛生境、河流和滩地生境难以通过卫星影像解译区分，因而将其合并为“草地与灌丛”类别和“河流与滩地”类别。

图3 北京大兴机场鸟类严格控制区的生境类型分布图

鸟类严格控制区的生境涵盖农田、林地、草地、灌丛、河流、滩地和村镇7 种类型，其中农田为严格控制区的生态环境基底，占控制区总面积的63.64%；林地作为高风险生境占18.61%。 除难以识别的滩地生境外，区域内高风险生境的占地面积为82.25%，对喜鹊、麻雀、大嘴乌鸦、灰喜鹊等严格控制鸟类有强烈吸引力，具有较高的鸟撞事故潜在风险，因此需要着重对其进行针对性改进以降低鸟类栖息的适宜性。

4.2.2 严格控制区的生境改进策略

1) 控制区外“种青引鸟”。 目前机场鸟类严格控制区的本底以高风险生境为主，难以大幅度改动生境面积，因此可参考上海浦东机场“九段沙种青工程”的“种青引鸟”，通过在远离机场的位置建立适宜性远高于控制区的鸟类栖息环境，将栖息地逐渐外引，减少机场周边鸟类栖息的机会[18]。

2) 高风险生境引入人工驱鸟设施。 可在高风险生境使用高空驱鸟设备、声音驱鸟设备、拦鸟网等人工驱鸟设备直接拦截周边鸟类[5]，并建立鸟类的活动监测系统和数据库，及时预测机场周边鸟情，实施积极有效的防范措施[11]。

3) 更换区域内鸟类的食源、栖息植物。 鸟类的觅食、筑巢行为与特定植物种类有一定的关联性， 例如鹭类通常营巢于马尾松(Pinus massoniana)、枫香(Liquidambar formosana)、苦槠(Castanopsis sclerophylla)等[19]。 区域内现状的杨树、柳树、刺槐等树种对鸟类栖息活动有较强的吸引力，因而应从食源与筑巢的角度适当替换或减少。

4) 疏透植物群落的种植密度。 控制区内的高风险鸟类普遍倾向于选择植物群落种植密度大、植株高的隐蔽环境营巢[20-21]。 鸟类严格控制区内生境的植物群落应采用视线通透、层次简单的种植形式。 对于现状林地，可适当砍伐疏通、减少林地内矮小灌丛比例，降低环境隐蔽度。 由于多种严格控制鸟类偏向在林缘地带活动，区域内林地的林缘线应尽量避免复杂、弯曲的形态，减少林缘长度。

5) 加强区域排水效率，以暗渠替代农田排水沟。 地表水是鸟类主要的吸引物[22]，尤其吸引涉禽和游禽的栖息停留，因此控制区应配备有效的排水系统，平整用地防止形成地表积水；浇灌农田的排水沟用暗渠代替[23]，减小地表水面积。

6) 村镇及时清理垃圾，避免长时间堆放。 冬季鸟类食源较少，村镇垃圾的堆放吸引着喜鹊、大嘴乌鸦等鸟类，其觅食的飞行路径若与飞机飞行轨道交叉将大大增加发生鸟撞事故的可能。 因此村镇需要及时清理各类垃圾，避免其长时间在地表裸露[24-25]。

5 讨论与结论

5.1 讨论

机场鸟撞事故主要源于其为鸟类提供有利的栖息环境，包括水、食物、筑巢、暂栖和栖息场所[15]。 综合多个机场的鸟类风险评价结果发现，麻雀、家燕、喜鹊、家鸽是各机场共有的典型高风险鸟类[26-28]，这些鸟类在本研究中也归属于较高的危险等级。 除此之外，不同机场的高风险鸟类也呈现差异化的构成特征。 昆明长水国际机场由于地处牛栏江与宝象河分水岭而有较多依赖水源栖息的涉禽[11]，而北京大兴机场周边的猎隼、雀鹰、黑啄木鸟、大杜鹃等中大型猛禽、攀禽较少出现在南方机场，基本符合罗刚等[29]归纳的华北地区机场高风险鸟类以大型草原型鸟类、中型猛禽和适应人类聚居区的小型鸟类为主的研究结果。

机场周边高风险鸟类的构成受到生境类型的重要影响。 林地、滩地和农田由于吸引大量严格控制鸟类而成为大兴机场周边的高风险生境，并以林地的风险值最高。 沈阳桃仙国际机场的鸟撞防范研究也证实林地在各生境中的鸟类多样性指数最高[19]。 然而，桂林两江国际机场[30]和天津滨海机场[31]的研究发现湿地苇丛、灌木林是鸟类最主要的生境，这一结果的不同可能受到地理区位、鸟类分布或植被特征的影响，也说明机场周边的高风险生境判定需要结合实地勘察数据进行具体计算。

本文选用严格控制鸟类常规体力条件下的3 000 m 活动范围作为机场跑道两侧的缓冲半径，然而鸟类的活动范围受到森林、农田、河流环境本底的影响而有所差别。 因此，在未来的研究中应增加不同环境、不同鸟类活动范围的对比分析，对严格控制区的划定方法加以补充完善。

5.2 结论

通过对北京大兴机场周边鸟类和生境的风险评价发现，严格控制鸟类以常年迁徙的旅鸟为主，生态特征以中小型鸣禽为主，少有高度依赖湿地环境的水鸟。 林地、滩地、农田是影响机场安全的高风险生境类型，其中林地风险值最高，尤其是林缘线曲折多变的阔叶林更易吸引高风险鸟类栖息，调整林地的面积占比、组成结构、林缘形态均可改变高风险鸟类栖息的概率。