1. 前言
导线覆冰是重冰线路特别关注的自然荷载之一，设计冰厚的大小是影响线路每公里造价的主要因素之一。目前由于进行电线积冰观测的气象台站很少，气象站的地形条件又往往与架设线路地带的情形不相同，只能从有限的气象资料，参考实地调查覆冰资料，运用气象理论和经验，估计线路经过的不同地形上的覆冰情况。这样，覆冰的时空分布，特别是覆冰与地形的关系、覆冰随海拔的变化等研究结果及理论分析，就很有用处。对一个区域导线覆冰时空分布规律的充分认识，就有利于确定较符合当地客观实际的设计冰厚，并合理划分冰区。本报告在假定观冰点和高山气象站的地形都是开阔地形的前提下(大多数气象站都在市、县城附近的坪坝或凹地内，有一定屏蔽影响)，研究三峡地区中低海拔覆冰的时空分布规律。研究的三峡地区指重庆沿长江至宜昌的南北岸，大致在28~32˚N和106~111˚E的范围内。研究资料主要依据三峡观冰站的覆冰观测资料，鄂西地区和原四川万县、涪陵地区的气象资料，其中绿葱坡和金佛山气象站是我国少数几个长期作电线积冰观测项目的气象站，三万I、II回线路勘测设计收集的通信线电力线等覆冰调查资料 [1] [2] ，以及导线覆冰地形、气候等论述的其它文献资料。时间分布着重论述覆冰日数和大覆冰过程；空间分布着重论述覆冰与方向的关系、南北岸对比、东西部对比、覆冰与海拔的关系、微地形对小雨凇架覆冰量的影响等等。
2. 地形和气候背景
三峡地区导线覆冰的大地形背景，长江北岸为自西北而东南走向、海拔2000~2500 m、主峰大神农架3053 m、绵延川渝甘陕鄂边境山地的大巴山；长江南岸的大娄山和武陵山；重点为横跨长江的巫山山脉。巫山山脉在四川、湖北两省边境，分布在秭归、巴东、巫山、建始、奉节等县长江河谷南北两岸。北与大巴山相连。东北–西南走向。海拔1000~2500 m。长江穿流其中，成为三峡。
三峡地区导线覆冰的气候背景，主要是前川东(重庆)锢囚类和回流类寒潮，环流形势为偏东类横槽型和两槽一脊型，导致冬季北方南下的冷空气经过河南湖北，折向西沿长江回流入侵本报告研究的三峡地区。此外，长江南岸也可能受翻越大巴山山脉的冷空气作用而形成导线覆冰。
本文把横跨长江的巫山山脉主脉部分称作三峡地区中部，把巫山山脉东部及其以东部分称作三峡地区东部，把巫山山脉西部及其以西部分称作三峡地区西部。
3. 时间分布
3.1. 覆冰日数
选取在本报告研究范围内三峡地区的气象站，据气象部门的气象资料统计其北岸和南岸气象站的覆冰概况见表1、表2。
Table 1. Overview of ice cover at meteorological stations on the north bank of the Yangtze River
表1. 长江北岸气象站覆冰概况
从表1可以看出，长江北岸巫山山脉东部海拔很低的当阳、枝江、南漳、远安、宜昌、保康均有导线覆冰现象出现；巫山山脉中部深切河谷及其西部海拔800 m以下的气象站：秭归、兴山、巫山、巫溪、奉节、云阳、城口、开县、万县、忠县、开江、丰都、达县、垫江、大竹没有导线覆冰现象出现，只有海拔400 m左右的梁平、宣汉出现了导线覆冰现象，极其罕见；年度最长持续时间覆冰过程出现在冬半年的12月~次年的2月；南漳和宜昌多年最长覆冰过程连续时数超过了100 h，其附近具有中小尺度覆冰地形特征的地段必须予以高度关注。
Table 2. Overview of ice cover at meteorological stations on the south bank of the Yangtze River
表2. 长江南岸气象站覆冰概况
从表2可以看出，整个长江南岸只有海拔620 m以下位于长江河谷或在其支流河谷中的气象站没有出现过导线覆冰现象；年度最长持续时间覆冰过程出现在冬半年的12月~次年的2月；海拔650 m以上的酉阳、五峰、绿葱坡、利川、金佛山，多年最长覆冰过程连续时数超过了100 h，多年平均覆冰日数超过2天，其附近具有大中小尺度覆冰地形特征的地段必须予以高度关注。
综合表1和表2，海拔相当的地段长江南岸的多年最长覆冰过程连续时数和多年平均覆冰日数都比北岸的多，南岸更容易形成导线覆冰。
上述气象站中绿葱坡和金佛山是三峡区域的两个长期作电线积冰观测的高山气象站，海拔分别为1819.3 m和1905.9 m。它们导线覆冰的雨凇和雾凇日数分布分别如表3、表4所示。
Table 3. Distribution table of glaze days (d)
表3. 雨凇日数分布表(d)
Table 4. Distribution table of rime days (d)
表4. 雾凇日数分布表(d)
从表1~表4可以看出，三峡地区导线覆冰现象在冬半年的10月~次年的5月都可能出现，覆冰日数主要集中在冬半年的12月~次年的2月。
3.2. 大覆冰过程
绿葱坡和金佛山气象站建站~1990年的历年最大覆冰过程的出现时间统计成果见表5。历年最大覆冰过程的出现时间指该年度最大冰重的观测时间。
Table 5. Statistical table of the occurrence time of the maximum icing process over the years
表5. 历年最大覆冰过程出现时间统计表
从表5可以看出，三峡地区长江南岸海拔1800 m左右的覆冰区域，年冰重最大覆冰过程在冬半年的12月~次年的3月都可能出现，海拔相对更高的区域甚至在4月份仍可出现，年最大覆冰过程主要集中在冬半年的12月~次年的2月。表1、表2也表明，多年最长连续覆冰过程也是出现在冬半年的12月~次年的2月。
4. 空间分布
4.1. 迎风坡地形导线覆冰与海拔的关系
4.1.1. 鄂西地区
鄂西地区位于三峡地区的中、东部。表1、表2表明该地区导线覆冰的起始高程很低，特别是三峡地区东部，海拔不到100 m就能形成导线覆冰，且还能形成持续时间较长的导线覆冰；多年最长连续过程时数和多年平均日数总趋势是随海拔增高而增多的。
贵州省电力工业局和贵州省气象科研所编著的《覆冰文集》中“雨凇雾凇的垂直变化特征及坡向差异” [3] ，马乃孚通过亚热带山区1983.4~1986.3定点实测资料及同期气象资料的分析，巴东绿葱坡雨凇和雾凇日数分别高达212天和250天，神农架北坡900 m，鄂西南1000 m、鄂西北1200 m、大别山800 m以上为多，在8至26天之间；而大别山和鄂西南海拔500 m、鄂西北海拔800 m、神农架南坡海拔1700 m以下均未出现过雨凇雾凇现象。各山系中雨凇、雾凇日数均随高程的增高而递增，在一定高程以上雾凇递增率较雨凇大，高寒山区多雾凇或雨雾凇。一般而言，在海拔1000~1200 m以下，雨凇日数多于雾凇日数，主要集中在12~2月；1000~1200 m以上，雾凇日数多于雨凇日数，多集中在12~3月。例如，鄂西南五峰908.4 m和神农架北坡935.2 m雨凇日数各为6天和8天，而雾凇日数为0；鄂西北武当山1200 m，雨凇日数9天，雾凇日数却达26天。
据文献 [4] ，鄂西自治州气象局通过对邮电线路多年覆冰情况的分析，提出该州覆冰等效直径(计算冰厚) DZ (mm)与海拔Z (hm)有如下关系式：
DZ = AZB (1)
式中，A、B值与线路走向有关，南北向和东西向分别为0.0039，3.6和0.00069，4.05。南北向和东西向A、B取值的不同，主要反映了常年主导风向的不同和地形地貌的差别。综合文献 [4] [5] ，得到鄂西地区部分观冰站南北向覆冰直径D和计算的覆冰直径DZ与海拔的关系见表6。
Table 6. The relationship between the diameter of ice cover and altitude at some ice observation stations in the western Hubei region
表6. 鄂西地区部分观冰站覆冰直径与海拔的关系
(1)式和表6表明，鄂西地区覆冰随海拔的增高而增大。
4.1.2. 气象站
1) 整个研究区域
根据表1和表2，选其中多年最长连续过程时数大于10 h且多年平均日数不小于0.3 d的气象站作参证站，选取结果见表7。
Table 7. Overview of ice cover at meteorological reference stations
表7. 气象参证站覆冰概况
表7表明，三峡地区多年最长连续时数和多年平均日数总趋势是随海拔增高而增大的。表1、表2表明，从三峡地区东部到西部导线覆冰起始高程逐渐增高。其中的一些差异主要是由于局地地形和观测年限的不同而引起。表1、表2还表明，雨凇和雾凇在三峡地区覆冰区域内的不同高程都能出现。
此外，从表7还可以看出，分别位于三峡地区长江南岸的中西部的绿葱坡和金佛山气象站，金佛山海拔比绿葱坡的仅高86.6 m，历年最大覆冰过程中两站对应出现的约占三分之一，考虑到这些年最大覆冰过程大多数都是以雾凇为主的雨雾凇混合冻结覆冰，观测时易脱落等因素的影响，估计两站对应出现的应占一半以上，但肯定会出现如表7所示的两站不对应的情况。
2) 南岸高山气象站
对已收集到的绿葱坡和金佛山气象站的历年覆冰极值资料，统计计算得出三峡地区长江南岸区域两气象站的冰重和标准冰厚与海拔的关系如表8所示。
Table 8. The relationship between ice cover and altitude at high mountain meteorological stations on the south bank
表8. 南岸高山气象站覆冰与海拔的关系
从表8还可以看出，三峡地区长江南岸区域覆冰冰重和标准冰厚都随海拔的增高而增大，金佛山海拔比绿葱坡的高86.6 m，多年平均和最大的冰重是绿葱坡的1.8倍，多年平均和最大的标准冰厚分别是绿葱坡的1.4和1.3倍。
4.1.3. 三峡观冰站
三峡观冰站从2000年11月开始从宜昌的三斗坪至云阳的石门一线布设8个观冰点。三斗坪观冰点位于三峡地区东部和石门观冰点位于三峡地区西部，其它都位于三峡地区中部巫山山脉主脉中且都在长江北岸。2001年度观测的导线覆冰年度极值见表9。
Table 9. Table of ice cover extreme values of conductors measured at ice observation points in the three gorges region
表9. 三峡地区观冰点实测导线覆冰极值表
表9表明，在海拔相当时三峡地区东部的覆冰量比西部的大，或覆冰量从东到西逐渐减小。2001年年度各观冰点的极值都出现在在2001年1月25日这同一次覆冰过程中，且位于巫山山脉主脉的观冰点的覆冰量明显呈现随海拔的增高而增大。
2002年度观测的导线覆冰年度极值见表10。
Table 10. Table of ice cover extreme values of conductors measured at ice observation points in the three gorges region
表10. 三峡地区观冰点实测导线覆冰极值表
表10表明，该年度观冰站点中对应有3次极值覆冰过程。“12.12”过程持续时间30小时左右，多数观冰点的覆冰冰重较小，只有三合铺的覆冰值最大，冰重达到948 g/m，而高程相对高的梨子坪覆冰冰重仅为480 g/m。“1.16”过程持续时间2~3天，梨子坪导线覆冰冰重500 g/m，乌龙洞在348 g/m，杜家山268 g/m，赵家垭128 g/m，翻坎垭240 g/m，三合铺668 g/m，石门200 g/m，三斗坪480 g/m。“3.3”过程受较强冷空气南下影响，从3月2日晚开始，三峡地区出现降温，降雨天气过程，三峡地区高程相对高的地段出现雨凇天气现象，在高程1400米以下基本未出现雨凇，梨子坪导线覆冰最大，冰重1040 g/m，其次是乌龙洞冰重528 g/m，杜家山冰重368 m/s，其它观冰点均未覆冰，3月4日午后过程结束。综合表11和表12，说明三峡地区覆冰总的气候趋势是随海拔增高而增大，但对单一覆冰过程，存在低海拔的覆冰量比高海拔的大的情况。
4.2. 覆冰与方向的关系
据已收集到的绿葱坡和金佛山气象站的历年覆冰极值资料，计算东西向和南北向对应的多年平均的冰重和标准冰厚，计算结果见表11。梨子坪观冰点据2000~2001和2001~2002年度的对应观测资料计算，结果见表11。
Table 11. Table of the relationship between east-west and north-south icing
表11. 东西向和南北向覆冰关系表
表11表明，绿葱坡和金佛山在长江南岸，其南北向冰重和标准冰厚都比东西向的大，多年平均冰重和标准冰厚的比率分别为1.6和1.3左右，表明南岸覆冰期间的主导风向偏东；梨子坪在长江北岸，其东西向冰重好标准冰厚都比南北向的大，多年平均冰重和标准冰厚的比率都为0.8，表明北岸覆冰期间的主导风向偏北。
4.3. 长江南北岸覆冰
由于北岸的梨子坪2#观冰点和南岸的绿葱坡2#观冰点海拔接近，且这两个观冰点分别是梨子坪和绿葱坡小区域内覆冰最大的观冰点，地形条件在暴露程度上应比较类似，绿葱坡2#观冰点只作了1997~1998年度一个年度的观测，故选取该年度的冰重(g/m)对应观测值进行南北岸覆冰情况的对比分析，计算统计结果见表12。
Table 12. Comparison of ice cover on the north and south banks of the Yangtze River
表12. 长江南北岸覆冰对比表
从表12可以看出，在海拔接近地形条件类似时三峡地区长江南岸的覆冰量比北岸的大得多。但这仅仅是据一个年度覆冰对比观测资料得出的初步结果。从三峡地区的气候背景分析，当覆冰期间冷空气是偏北气流、或和沿长江回流气流共同作用产生的时，肯定是长江南岸的覆冰量比北岸的大得多；但当覆冰期间冷空气是沿长江回流气流产生的时，就可能存在长江南岸的覆冰量比北岸的大得多的单一覆冰过程，也可能存在长江南岸的覆冰量与北岸的差不多的单一覆冰过程；但多年长期来看应该是三峡地区长江南岸的覆冰量比北岸的大得多。
据表1、表2，三峡地区东部长江南北岸的覆冰起始高程、多年最长连续覆冰过程时数和多年平均日数都较接近；三峡地区中西部南北岸的差异就很大，北岸无一气象站入选表9的气象参证站，海拔分别为607.3 m和798.2 m的奉节和城口气象站，在资料统计年限内没有出现过覆冰现象，而南岸入选表9的气象参证站有7个，其中秀山气象站海拔仅363.7 m。
4.4. 东中西部覆冰
据表1、表2及上述论述，从三峡地区东部、中部到西部的覆冰起始高程逐渐增高；当海拔相当时从三峡地区东部到西部的多年最长连续覆冰过程时数和多年平均日数都逐渐减少，特别是三峡地区中西部的长江北岸，海拔800 m以下区域几乎无导线覆冰现象。
表13是三万500 kv线路沿线主要覆冰调查点的计算分析成果。主要调查点都位于长江北岸、顺序为在三峡地区内从西向东排列。
Table 13. Table of standard ice thickness for main survey points along the line
表13. 沿线主要调查点标准冰厚表
表14是三万500 kv线路设计时在万州传输局收集到的万州至湖北长途通信线覆冰资料的计算分析成果。界岭、三合铺、哨路、大垭口都位于长江北岸、顺序为在三峡地区内从东向西排列。
Table 14. Table of standard ice thickness measured at observation points along the communication line
表14. 沿线通讯线观测点实测标准冰厚表
表13和表14表明了三峡地区覆冰1300 m左右以下区域，当海拔相当时覆冰量从东向西逐渐减小。
4.5. 微地形对雨凇架覆冰量的影响
梨子坪附近三个观冰点都是架设雨凇架进行覆冰观测，海拔在1805~1865 m，相对高差最多60 m；三站在直径3 km的范围内。选取三峡观冰站自观测以来的多年最大覆冰过程的冰重(g/m)对应观测值进行对比分析，计算统计结果见表15。
Table 15. The influence of ice point microtopography on ice cover in Liziping observation area
表15. 梨子坪观冰点微地形对覆冰量的影响
表15表明，在如此小的局地范围内，最大观冰点观测的该过程的平均和最大冰重分别是最小观冰点观测的2和4倍多。
绿葱坡附近两个观冰点都也是架设雨凇架进行覆冰观测，相距100 m，海拔相差仅0.7 m。选取其1997~1998年度的冰重(g/m)对应观测值进行对比分析，计算统计结果见表16。
Table 16. The influence of ice point microtopography on ice cover on Lucongpo observation
表16. 绿葱坡观冰点微地形对覆冰量的影响
表16表明，在如此小的局地范围内，最大观冰点观测的该过程的平均和最大冰重分别是最小观冰点观测的5.9和8.4倍。
从上面两表可见，微地形对雨凇架覆冰量的影响十分显著。在重冰线路勘测设计收集到观冰点或覆冰事故段的覆冰资料时，应对观冰点或覆冰事故段的微地形情况进行了解，最好进行实地踏勘，以便作出其代表性的评价。
通过在三万500 kV线路勘测设计中对沿线地形地貌的踏勘和认真细致的覆冰调查，经综合分析表明，三峡地区重冰区以相对高差较大、地形比较暴露的山峰为中心，在具有风口微地形特征的山口如表16中的界岭、三合铺等表现较为严重。
5. 结论
1) 三峡地区导线覆冰现象在冬半年的10月~次年的5月都可能出现，覆冰日数主要集中在冬半年的12月~次年的2月。年最大覆冰过程在冬半年的12月~次年的3月都可能出现，海拔相对更高的区域甚至在4月份仍可出现，但主要集中在冬半年的12月~次年的2月。
2) 雨凇和雾凇在三峡地区覆冰区域内的不同高程都能出现。多年最长连续覆冰过程时数和多年平均覆冰日数总趋势是随海拔增高而增多的。雨凇、雾凇日数均随海拔的增高而递增，在一定高程以上雾凇递增率较雨凇的大，高寒山区多雾凇或雾凇为主的混合冻结。
3) 覆冰起始高程在三峡地区东部海拔很低，从东部到西部覆冰起始高程逐渐增高，中西部北岸的覆冰起始高程比南岸的高。
4) 三峡地区总的气候趋势是覆冰量随海拔增高而增大，但对单一覆冰过程，存在低海拔的覆冰量比高海拔的大的情况。
5) 三峡地区从东到西，覆冰随海拔的增高而增大，在巫山山脉主脉山脊附近达到最大，再越向西特别是长江北岸同海拔的覆冰量就越小。即三峡地区覆冰1200~1300 m左右及以下区域，当海拔相当、地形类似时，东部覆冰冰重比西部的大；1300 m以上的区域，在相同地形条件下覆冰海拔随增高而增大。
6) 三峡地区长江南岸，南北向的覆冰量比东西向的大；长江北岸，东西向的覆冰量比南北向的大。但因不同覆冰过程主导风向不一致，且微地形特别是风口地形对局地风向影响十分显著，可能存在单一覆冰过程或局地与上述结果不同甚至相反的情况。
7) 三峡地区长江北岸的覆冰量在海拔相当、地形类似的条件下总的气候趋势是比南岸的小，但仍有可能出现两者差不多的单一覆冰过程。
8) 三峡地区重冰区以相对高差较大、地形比较暴露的山峰为中心，在具有风口特征的山口表现较为严重。
9) 微地形地物对雨凇架覆冰量的影响十分显著。建议在重冰线路勘测设计收集到观冰点(含积冰气象站)的覆冰资料时，应对观冰点的微地形地物情况进行了解，最好进行实地踏勘，以便作出其代表性的评价。