辛安泉排泄区泉水流量数据变化分析

郭李奇

（长治市辛安泉域管理处，山西 长治 046000）

1 概况

辛安泉位于山西省东南部，泉域面积10950km2，是山西省第二岩溶大泉。辛安泉是一个完整的水文地质单元，具有独立的补、径、排系统，即辛安泉岩溶水系统。降水是该系统的主要补给来源，降水入渗补给地下后，在一定深度内含水层中聚集形成地下水，从不同部位、不同方向以各种途径向辛安泉排泄区汇流，最终在潞城市与平顺县交界处的西流至北耽车一带的浊漳河河谷以泉群形式排出地表。在辛安泉排泄区泉水流量观测活动中，由于河道发水、结冰、电站蓄水及排水等因素的限制，观测结果往往会受到影响，造成数据丢失或失真。如何插补丢失或失真数据，是整理辛安泉泉水流量资料的一个重要问题。

2 数据分析与挖掘

对辛安泉排泄区流量历史资料整理分析见表1。

表1 辛安泉域王曲泉群流量表 单位：m3/s

由表1可以看出，每年6—7月（个别年至8月初）泉水流量最小，7月以后流量逐渐增大，11—12月或次年1月流量最大，而后转入衰减期，流量逐渐减少。

此次分析以2005—2012年辛安泉王曲泉群实测流量为基础，通过对历史资料和当年观测数据分析，分别采用当年数据相关拟合和历史同期数据拟合两种方式对2012年王曲泉群失真数据进行补充，并分析比较。

2.1 当年数据相关拟合

对2012年当年流量数据进行拟合后得到如图1所示拟合曲线，各月实测流量平均分布于拟合曲线两侧，且距离较小，拟合效果良好，利用MATLAB得出拟合曲线方程：y=0.074x2-0.141x+1.7605，由拟合方程得出2012年流量，如表2所示。

图1 当年流量拟合效果图

表2 当年流量拟合数据表 单位：m3/s

插补2012年王曲泉群8月流量为2.12m3/s，2012年王曲泉群平均流量为2.07m3/s。残差值最大为0.53，最小为0，平均残差值为0.18，平均残差值与平均流量之比为0.09。

2.2 历史同期流量相关拟合

对2005—2012年每年8月流量数据进行拟合后得到如图2所示拟合曲线，各月实测流量平均分布在拟合曲线两侧，利用MATLAB得出拟合曲线方程：y=0.0754x2-0.5118x+2.0886，由拟合方程得出2012年流量，如表3所示。

图2 历史同期流量拟合效果图

表3 历史同期流量拟合数据表 单位：m3/s

插补2012年王曲泉群 8月流量为2.12m3/s，2012年王曲泉群平均流量为2.00m3/s。残差值最大为0.60，最小为0.03，平均残差值为0.35，平均残差值与平均流量之比为0.18。

3 拟合数据分析

当年数据相关拟合与历史同期流量相关拟合结果分别为2.12m3/s，1.36m3/s，平均残差值分别为0.18，0.35，平均残差值与平均流量之比分别为0.09，0.18，由此可以看出，拟合流量结果相差较为明显。当年数据相关拟合流量平均残差值较历史同期流量相关拟合流量平均残差值小，两者相差1倍左右。当年拟合比历史同期拟合的平均残差值与平均流量之比较小，两者相差1倍。

王曲泉群2012年7月和9月实测流量分别为2.02m3/s，2.23m3/s，当年数据相关拟合与历史同期流量相关拟合插补8月份流量数据分别为2.12m3/s，1.36m3/s，当年数据相关拟合结果与实测流量相比，连续性、稳定性较好。历史同期流量相关拟合结果与实测流量数据相比明显较小，连续性、稳定性较差。

地下水是地下水系统在外界各输入信息激励下的响应输出，也是地下水系统在各种影响下力图维持自身平衡的反映。影响地下水的主要因素有气象、水文及人为因素等。辛安泉域排泄区泉水流量主要受降水量、开采量、矿坑排水等因素影响，由于泉域范围大，补给途径长且复杂，泉水流量存在滞后性，泉域流量不但受当年输入信息影响，而且与多年输入信息有关。采用当年数据系列拟合，由于输入信息基本一致，相关拟合后数据稳定性较好。采用历史同期流量相关拟合，由于各阶段输入信息不一致，且输入信息随机性极大，拟合结果与实测流量连续性、相关性不大。

4 结语

辛安泉域排泄区泉水流量插补丢失或失真数据，在采用当年数据相关拟合方法及历史同期数据拟合方法，并比较拟合结果与分析结果影响因素后，相比历史同期数据拟合方法，当年数据相关拟合的方法较为合理。