辛安泉排泄區(qū)泉水流量數(shù)據(jù)變化分析

郭李奇

（長治市辛安泉域管理處，山西 長治 046000）

1 概況

辛安泉位于山西省東南部，泉域面積10950km2，是山西省第二巖溶大泉。辛安泉是一個完整的水文地質(zhì)單元，具有獨立的補、徑、排系統(tǒng)，即辛安泉巖溶水系統(tǒng)。降水是該系統(tǒng)的主要補給來源，降水入滲補給地下后，在一定深度內(nèi)含水層中聚集形成地下水，從不同部位、不同方向以各種途徑向辛安泉排泄區(qū)匯流，最終在潞城市與平順縣交界處的西流至北耽車一帶的濁漳河河谷以泉群形式排出地表。在辛安泉排泄區(qū)泉水流量觀測活動中，由于河道發(fā)水、結(jié)冰、電站蓄水及排水等因素的限制，觀測結(jié)果往往會受到影響，造成數(shù)據(jù)丟失或失真。如何插補丟失或失真數(shù)據(jù)，是整理辛安泉泉水流量資料的一個重要問題。

2 數(shù)據(jù)分析與挖掘

對辛安泉排泄區(qū)流量歷史資料整理分析見表1。

表1 辛安泉域王曲泉群流量表 單位：m3/s

由表1可以看出，每年6—7月（個別年至8月初）泉水流量最小，7月以后流量逐漸增大，11—12月或次年1月流量最大，而后轉(zhuǎn)入衰減期，流量逐漸減少。

此次分析以2005—2012年辛安泉王曲泉群實測流量為基礎(chǔ)，通過對歷史資料和當(dāng)年觀測數(shù)據(jù)分析，分別采用當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合和歷史同期數(shù)據(jù)擬合兩種方式對2012年王曲泉群失真數(shù)據(jù)進行補充，并分析比較。

2.1 當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合

對2012年當(dāng)年流量數(shù)據(jù)進行擬合后得到如圖1所示擬合曲線，各月實測流量平均分布于擬合曲線兩側(cè)，且距離較小，擬合效果良好，利用MATLAB得出擬合曲線方程：y=0.074x2-0.141x+1.7605，由擬合方程得出2012年流量，如表2所示。

圖1 當(dāng)年流量擬合效果圖

表2 當(dāng)年流量擬合數(shù)據(jù)表 單位：m3/s

插補2012年王曲泉群8月流量為2.12m3/s，2012年王曲泉群平均流量為2.07m3/s。殘差值最大為0.53，最小為0，平均殘差值為0.18，平均殘差值與平均流量之比為0.09。

2.2 歷史同期流量相關(guān)擬合

對2005—2012年每年8月流量數(shù)據(jù)進行擬合后得到如圖2所示擬合曲線，各月實測流量平均分布在擬合曲線兩側(cè)，利用MATLAB得出擬合曲線方程：y=0.0754x2-0.5118x+2.0886，由擬合方程得出2012年流量，如表3所示。

圖2 歷史同期流量擬合效果圖

表3 歷史同期流量擬合數(shù)據(jù)表 單位：m3/s

插補2012年王曲泉群 8月流量為2.12m3/s，2012年王曲泉群平均流量為2.00m3/s。殘差值最大為0.60，最小為0.03，平均殘差值為0.35，平均殘差值與平均流量之比為0.18。

3 擬合數(shù)據(jù)分析

當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合與歷史同期流量相關(guān)擬合結(jié)果分別為2.12m3/s，1.36m3/s，平均殘差值分別為0.18，0.35，平均殘差值與平均流量之比分別為0.09，0.18，由此可以看出，擬合流量結(jié)果相差較為明顯。當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合流量平均殘差值較歷史同期流量相關(guān)擬合流量平均殘差值小，兩者相差1倍左右。當(dāng)年擬合比歷史同期擬合的平均殘差值與平均流量之比較小，兩者相差1倍。

王曲泉群2012年7月和9月實測流量分別為2.02m3/s，2.23m3/s，當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合與歷史同期流量相關(guān)擬合插補8月份流量數(shù)據(jù)分別為2.12m3/s，1.36m3/s，當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合結(jié)果與實測流量相比，連續(xù)性、穩(wěn)定性較好。歷史同期流量相關(guān)擬合結(jié)果與實測流量數(shù)據(jù)相比明顯較小，連續(xù)性、穩(wěn)定性較差。

地下水是地下水系統(tǒng)在外界各輸入信息激勵下的響應(yīng)輸出，也是地下水系統(tǒng)在各種影響下力圖維持自身平衡的反映。影響地下水的主要因素有氣象、水文及人為因素等。辛安泉域排泄區(qū)泉水流量主要受降水量、開采量、礦坑排水等因素影響，由于泉域范圍大，補給途徑長且復(fù)雜，泉水流量存在滯后性，泉域流量不但受當(dāng)年輸入信息影響，而且與多年輸入信息有關(guān)。采用當(dāng)年數(shù)據(jù)系列擬合，由于輸入信息基本一致，相關(guān)擬合后數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。采用歷史同期流量相關(guān)擬合，由于各階段輸入信息不一致，且輸入信息隨機性極大，擬合結(jié)果與實測流量連續(xù)性、相關(guān)性不大。

4 結(jié)語

辛安泉域排泄區(qū)泉水流量插補丟失或失真數(shù)據(jù)，在采用當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合方法及歷史同期數(shù)據(jù)擬合方法，并比較擬合結(jié)果與分析結(jié)果影響因素后，相比歷史同期數(shù)據(jù)擬合方法，當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合的方法較為合理。