郭李奇

（長(zhǎng)治市辛安泉域管理處，山西 長(zhǎng)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(gè)完整的水文地質(zhì)單元，具有獨(dú)立的補(bǔ)、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(bǔ)給來(lái)源，降水入滲補(bǔ)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(chē)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(cè)活動(dòng)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(cè)結(jié)果往往會(huì)受到影響，造成數(shù)據(jù)丟失或失真。如何插補(bǔ)丟失或失真數(shù)據(jù)，是整理辛安泉泉水流量資料的一個(gè)重要問(wèn)題。

2 數(shù)據(jù)分析與挖掘

對(duì)辛安泉排泄區(qū)流量歷史資料整理分析見(jiàn)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(gè)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(shí)測(cè)流量為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)歷史資料和當(dāng)年觀測(cè)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(duì)2012年王曲泉群失真數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，并分析比較。

2.1 當(dāng)年數(shù)據(jù)相關(guān)擬合

對(duì)2012年當(dāng)年流量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后得到如圖1所示擬合曲線，各月實(shí)測(cè)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(bǔ)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(duì)2005—2012年每年8月流量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后得到如圖2所示擬合曲線，各月實(shí)測(cè)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(bǔ)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(shí)測(cè)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(bǔ)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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(lì)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(kāi)采量、礦坑排水等因素影響，由于泉域范圍大，補(bǔ)給途徑長(zhǎng)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(jī)性極大，擬合結(jié)果與實(shí)測(cè)流量連續(xù)性、相關(guān)性不大。

4 結(jié)語(yǔ)

辛安泉域排泄區(qū)泉水流量插補(bǔ)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。