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摘 要：近年来全国气候异常，由强降雨引发的洪涝灾害已成为城市经济快速发展面临的严峻水问题之一。因此，以无水文资料地区——兰州新区为研究区，开展降雨径流过程模拟研究是十分必要的。首先根据黄河干支流区综合概化时程分配雨型表、《甘肃省暴雨洪水图集》，利用地方经验公式计算得到研究区不同频率的产流量;其次借鉴相关研究成果，考虑地形地貌特征、下垫面情况，结合SCS径流模型及DEM-GIS技术，划分流域片区，以流域片区中各典型水文断面为研究单元，构建适合兰州新区产流计算的模型参数，并运用LH-OAT方法对模型参数进行敏感度分析;最后通过对比地方经验公式法和SCS径流模型的产流成果，经科学分析后认为，模型模拟精度较为理想，符合兰州新区实际降雨-径流过程，推荐研究区采用SCS径流模型计算成果。
关键词：DEM-GIS技术;SCS-CN模型改进;LH-OAT;无水文资料地区;兰州新区
Abstract：In recent years， the national climate has been abnormal and floods caused by heavy rainfall have become one of the severe water problems facing the rapid economic development of cities. Therefore， it is very necessary to carry out rainfall-runoff process simulation study with the area without hydrological data， i.e. Lanzhou New District as the research area. Firstly， according to the comprehensive generalized time-history distribution rain pattern table of the main and tributary areas of the Yellow River and the “Atlas of Storm and Flood in Gansu Province”， the local empirical formula was used to calculate the flow rate of the study area at different frequencies; secondly， the relevant research results were used for reference and considering the topographic and geomorphic characteristics and underlying surface conditions， combined with SCS runoff model and DEM-GIS technology the basin area was divided， and the typical hydrological sections in the basin area were used as the research unit， the model parameters suitable for the calculation of runoff generation in Lanzhou New Area were constructed and the LH-OAT method was used to conduct sensitivity analysis on model parameters; finally， by comparing the local empirical formula method and the runoff results of the SCS runoff model， scientific analysis concluded that the model simulation accuracy is relatively ideal， which is consistent with the actual rainfall-runoff process in Lanzhou New Area. Therefore， it is recommended to use the SCS runoff model calculation results in the study area.
Key words： DEM-GIS technology; SCS-CN model improvement; LH-OAT; area without hydrological data; Lanzhou New District
“自然-社会”二元因素对水文循环规律造成了很大影响，尤其近几年，随着暴雨强度不断增大，不仅导致城市部分城区雨水集聚，而且对郊区乡镇的群众生命财产造成了不同程度的破坏，因此由强降雨引发的洪涝灾害对城市的影响也成为现今重要的研究课题之一。兰州新区径流的主要来源为流域上游的天然砂沟，洪水主要由暴雨造成，具有峰高、量集中、来势迅猛、历时短、冲刷破坏性强的特点[1]，不仅对城市居民造成了较大的影响，而且对城市基础设施构成了一定的威胁，因此兰州新区面临的防洪问题随着时间的推移将会越发严重。目前兰州新区没有主要河道的历史洪水资料，雨量观测资料也十分缺乏，属于无水文资料地区。
SCS模型是美国农业部水土保持局开发的小流域设计洪水模型，计算过程简单，所需参数较少，资料易于获取，尤其适用于資料缺乏地区，并且有效地考虑了流域下垫面的特点，是一种较好的计算小流域降雨径流量的方法[2]。在我国，许多专家和学者将此模型应用于小流域工程规划、流域水土保持、城市径流、无资料流域的径流模拟等研究中[3]。笔者通过改进SCS模型，提出适合兰州新区的模型参数，以期为今后兰州新区产汇流计算提供一定技术指导。 1 研究区概况及资料
1.1 研究区概况
兰州新区是全国第五个、西北地区第一个国家级新区，位于陇西黄土高原的西北部，属青藏高原、内蒙古高原和黄土高原的交汇地，南北长约73 km，东西宽约32 km，规划总面积1 744 km2，地理坐标为北纬36°17′15″—36°43′29″、东经103°29′22″—103°49′46″[4]。兰州新区深居内陆，属于大陆性冷温带半干旱气候区。区内无常年性天然地表径流分布，主要沟谷有水阜河、咸水河、碱沟以及龚巴川，主要的水利设施有引大入秦工程、皋兰县西岔电力提灌工程西干渠和水库。周边低山及黄土丘陵植被很差，下垫面消纳、蓄滞雨水能力较弱，降雨极易产生洪水。此外，兰州新区所在流域并没有主要河道的历史洪水资料，雨量观测资料缺乏，气象信息监测与自动传输设施缺位，无法为暴雨洪水的实时监测和有效预警提供服务，再加上兰州新区规划范围内现状防洪系统较为薄弱，若遭遇强暴雨量级的洪水，将面临极大的洪水灾害。
1.2 实测水文资料
流域内无降雨实测资料时，可采用周边气象站点实测资料进行插补。兰州新区无任何实测径流资料，产流计算依据附近永登、皋兰、兰州和中川机场等气象站点暴雨资料以及《甘肃省暴雨洪水特性研究》（2003年）、《甘肃省暴雨洪水图集》（1988年）、《甘肃省洪水调查》（第三册，黄河流域）、《甘肃省水文图集》等资料。
依据经验频率和暴雨统计参数，按P-Ⅲ型理论频率曲线分别对永登、皋兰、兰州、中川机场等4个雨量站最大24 h降雨系列进行频率分析计算，适线均值不做调整，偏态系数CS=3.5CV，求得各站年最大24 h暴雨量，见表1。
2 基于DEM-GIS的水系分析
运用ArcGIS先后对研究区DEM数据进行填洼、流向分析、汇流累计量分析、河网提取与分级、流域盆地分割与确定，最终得到天然情况下以流域盆地和矢量河网作为背景的集水流域计算数据，并根据研究区土地利用规划图、兰州新区水利建设规划图等资料，结合本次集水盆地分析，将兰州新区划分为西片区、北片区和盆地中心的城区（以不同底色加以区分），如图1所示。因为兰州新区径流主要来源为流域上游的天然砂沟，洪水主要由暴雨造成，所以选取兰州新区上游流域为研究对象，即出山口断面和正路乡断面以北区域，并提取了各片区集水面积等流域参数，成果见表2。
3 经验公式产流计算
利用2004版《甘肃省暴雨特性研究》中点暴雨参数，结合流域降雨时—面—深关系、流域形状系数曲线，将不同历时的设计点暴雨量经点面折减系数及形状系数修正后，得到暴雨点面指数，计算得到不同频率的设计面暴雨量，见表3。由于永登、皋兰、兰州、中川机场4个雨量站年最大24 h雨量综合适线结果与通过《甘肃省暴雨特性研究》等值线图查算流域重心处24 h雨量差异较小，同时考虑到《甘肃省暴雨特性研究》中等值线位置以及暴雨参数的确定是精准的、科学的、全面的，因此认为暴雨设计是合理的。
根据黄河干支流区综合概化时程分配雨型表，结合《甘肃省暴雨洪水图集》中各分区产流期平均入渗率，对北片区、西片区进行产流计算，结果见表4（下文将地方经验公式法得到的计算成果简称为对比产流量）。
式中：P为降雨总量，mm;R为径流深，mm;Ia为初损量，即径流开始前的损失量，主要包括蒸发、植被截留、地表填洼蓄水等，mm;S為流域当前最大可滞留量，mm，它是后损量的上限;λ为初损系数，是一个无量纲区域参数，λ>0。
由于S的变化范围很大，不便于取值，因此引入无因次参数CN来推求S[6]。
CN是反映降雨前流域特征的综合参数，反映流域前期土壤湿润程度、坡度、植被、土壤类型和土地利用状况的综合特性，可以较好地反映下垫面条件对产汇流过程的影响[7]。
实际计算过程中，降雨量P为己知量，因此CN值的确定是建立SCS产流模型的关键。《美国国家工程手册》在第四章中详细列出了CN值查算表，按照土壤前期湿润程度、土壤类型和土地利用方式，可查算CN值[8]。
5 模型的应用
5.1 参数λ、CN的敏感性分析
为了定性了解参数λ、CN在兰州新区西、北片区不同频率下对产流模拟的影响，利用LH-OAT全局敏感度分析方法[9]对SCS模型进行参数敏感性分析，分析成果如图2所示。
分析对比表明：在相同频率不同水文控制断面下，SCS模型的两个参数中CN是最敏感参数，且随着频率的变化，两参数的敏感性始终未发生改变，即CN>λ;CN、λ值的敏感性随频率的不断增大呈现递增趋势;CN值的敏感性变化速率远大于λ值的，同时随着频率的不断变大，参数对SCS模型产流结果影响变大。SCS模型在兰州新区运用过程中都是对CN值较λ值敏感，即CN值对SCS模型产流值影响较大。
5.2 CN值
在水文学中，CN值是一个无量纲参数[10]。SCS模型中参数CN使得最后的输出结果对该参数高度敏感，CN值变化±10%就会引起径流量计算结果分别变化55%、-45%[11]，因此CN的取值对于准确计算兰州新区地表径流量具有重要影响。利用MODIS卫星遥感监测土地利用类型，提取了2013年兰州新区的土地利用类型，研究区主要土地利用类型有灌木、草地、基本农田、城镇用地，见表5。根据Landsat 8卫星观测波段数据，结合NDVI公式计算植被覆盖程度，利用2016年7月31日Landsat 8影像，计算出了研究区各类植被覆盖面积占比，见表5。研究区土壤类型主要为灰钙土（669.21 km2）、栗钙土（133.16 km2）[12]，根据SCS模型土壤分类定义表和土壤前期湿润程度等级划分标准表，选定研究区土壤为B类土壤，并根据兰州新区降雨稀少、蒸发强烈、风大沙多等情况，选定研究区湿润程度为Ⅱ类。 根据DEM-GIS技术提取的片区面积，考虑输出成果对CN值的高度敏感性和参数本身的关键性，结合按不同植被覆盖度查表得到的灌木、草地占研究片区面积的大小，运用面积加权平均法，计算得到能反映兰州新区不同土地利用类型在各流域片区的平均CN值，分别为69.2、79.7。因为兰州新区土壤类型绝大多数属灰钙土，仅有少量栗钙土等其他土壤，且裸地面积占流域面积比例相对较小，不会对最后结果造成很大影响，所以裸地仍采用查表所得CN值，即86。调查兰州新区主要农作物耕种情况发现，作物主要分为直行种植、等高种植、等高耕种，查询CN值查算表并求平均值后得到作物CN值，即76.3。这样计算满足了片区流域在空间上的差异，同时在一定程度上克服了降雨和下垫面条件在空间上的不均匀性对计算结果造成的影响。
为了解西片区、北片区整体下垫面情况，预测兰州新区今后径流变化趋势，揭示兰州新区土地利用变化条件下集水流域的降雨—径流关系，通过面积加权平均法，计算得到了西片区、北片区综合CN值，即77.3、77.9，见表6。
5.3 初损系数λ
初损量Ia受土地利用、耕作方式、灌溉条件、枝叶截留、下渗、填洼等因素的影响，它与土壤最大可滞留量S成正比关系，美国农业部水土保持局在分析了大量试验结果的基础上，提出了二者最合适的比值系数0.2[13]，即初损系数λ为0.2。邓景成等[14]研究分析了位于黄土区杨青川流域的λ值并提出：草地最适宜的λ值为0.13、裸地最适宜的λ值为0.03。首先，参数λ=0.2主要适用于美国，导致SCS模型在研究区的应用存在偏差和局限性;其次，我国地域辽阔，土壤土质复杂多样，特别在干旱区及半干旱区尤为明显，相同土质、不同地区的λ也可能存在较大差异，即λ=0.13、λ=0.03在研究区的直接使用会对模拟结果产生一定影响。因此，为使模型计算结果更加科学、可信、合理，必须对λ作进一步分析计算。
由于研究区植被主要为低矮稀疏的灌木草地，因此λ同CN的取值方法类似，通过加权平均法计算得到：西片区灌木草地面积与裸地面积的比值为7.18%，λ为0.123 6;北片区灌木草地面积与裸地面积的比值为2.46%，λ为0.129 8。
6 结果与分析
采用暴雨历时为24 h的降雨量，模拟的兰州新区各片区产流量（径流深）见表7。
基于单因素方差分析方法[15]，逐一分析模拟产流量和对比产流量在相同断面、不同频率下总体平均值差异的显著性，方差分析结果见表8。在置信度95%情况下，正路乡断面、出山口断面ANOVA检验、Bonferroni检验、Homogeneity检验的Prob值均大于0.05，认为模拟产出值减去对比值为0，充分说明各断面SCS模型模拟结果值和根据主雨峰外雨量同频率放大所得到的结果值差异性不显著，即SCS模型得到的产流结果基本符合兰州新区实际降雨径流情况。
由于研究区为无资料地区，缺乏长系列水文资料佐证最后结果，因此为更加了解两种产流计算结果的优劣性，提高单因素方差分析结果的可信度，增强SCS模型输出值的科学性，将模拟产流量、对比产流量（用流量表示）分別与降雨量拟定回归方程，结果如图3所示。分析可得：正路乡断面、出山口断面降雨量—流量回归方程的斜率和相关系数的平方R2均是模拟产流量优于对比产流量且相差较小，且模拟产流量小于对比产流量，可以认为模拟产流值精度高于对比产流值精度，同时也间接证明了单因素方差分析法所得成果的准确性。因此，SCS模型得到的产流量具有合理性、可靠性，模拟精度也较为理想。
7 结 论
运用DEM-GIS技术，根据兰州新区土地利用类型、植被覆盖程度，将SCS模型应用于兰州新区进行径流模拟，得出的主要结论如下。
（1）利用LH-OAT全局敏感度分析方法，以兰州新区西、北两片区为背景，对SCS模型中参数CN、λ进行敏感性分析，发现CN敏感度远大于λ，且CN的敏感度变化速率也远大于λ的。
（2）综合考虑土地利用类型、植被覆盖程度，结合面积加权平均法推荐了适合兰州新区不同土地利用类型的CN值以及各流域片区的综合CN值。西片区综合CN值为77.9、λ值为0.123 6，北片区综合CN值为77.3、λ值为0.129 8。同时推荐了正路乡典型水文控制断面，频率为0.33%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%的产流量（流量）分别为30.5、28.4、17.1、11.0、7.1、3.7、2.1、1.3、0.7 m3/s;出山口典型水文控制断面，频率为0.33%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%的产流量（流量）分别为42.6、35.4、25.3、17.5、12.5、6.9、4.6、3.0、2.1 m3/s。
（3）根据改进后SCS模型产流成果，运用单因素方差分析法及拟定线性回归方程分析法，与通过主雨峰外雨量同频率放大径流量进行分析对比，得出：改进后的SCS模型能较好地反映兰州新区实际降雨径流过程，模型模拟精度较为理想。
参考文献：
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[11] MISHRA S K， SINGH V P.Validity and Extension of the SCS-CN Method for Computing Infiltration and Rainfall-Excess Rates[J].Hydrological Processes，2004，18（17）：3323-3345.
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[13] 罗利芳，张科利，符素华.径流曲线数法在黄土高原地表径流量计算中的应用[J].水土保持通报，2002，22（3）：58-61，68.
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[15] 戴金辉，袁靖.单因素方差分析与多元线性回归分析检验方法的比较[J].统计与决策，2016（9）：23-26.
【责任编辑 张 帅】
关键词：DEM-GIS技术;SCS-CN模型改进;LH-OAT;无水文资料地区;兰州新区
Abstract：In recent years， the national climate has been abnormal and floods caused by heavy rainfall have become one of the severe water problems facing the rapid economic development of cities. Therefore， it is very necessary to carry out rainfall-runoff process simulation study with the area without hydrological data， i.e. Lanzhou New District as the research area. Firstly， according to the comprehensive generalized time-history distribution rain pattern table of the main and tributary areas of the Yellow River and the “Atlas of Storm and Flood in Gansu Province”， the local empirical formula was used to calculate the flow rate of the study area at different frequencies; secondly， the relevant research results were used for reference and considering the topographic and geomorphic characteristics and underlying surface conditions， combined with SCS runoff model and DEM-GIS technology the basin area was divided， and the typical hydrological sections in the basin area were used as the research unit， the model parameters suitable for the calculation of runoff generation in Lanzhou New Area were constructed and the LH-OAT method was used to conduct sensitivity analysis on model parameters; finally， by comparing the local empirical formula method and the runoff results of the SCS runoff model， scientific analysis concluded that the model simulation accuracy is relatively ideal， which is consistent with the actual rainfall-runoff process in Lanzhou New Area. Therefore， it is recommended to use the SCS runoff model calculation results in the study area.
Key words： DEM-GIS technology; SCS-CN model improvement; LH-OAT; area without hydrological data; Lanzhou New District
“自然-社会”二元因素对水文循环规律造成了很大影响，尤其近几年，随着暴雨强度不断增大，不仅导致城市部分城区雨水集聚，而且对郊区乡镇的群众生命财产造成了不同程度的破坏，因此由强降雨引发的洪涝灾害对城市的影响也成为现今重要的研究课题之一。兰州新区径流的主要来源为流域上游的天然砂沟，洪水主要由暴雨造成，具有峰高、量集中、来势迅猛、历时短、冲刷破坏性强的特点[1]，不仅对城市居民造成了较大的影响，而且对城市基础设施构成了一定的威胁，因此兰州新区面临的防洪问题随着时间的推移将会越发严重。目前兰州新区没有主要河道的历史洪水资料，雨量观测资料也十分缺乏，属于无水文资料地区。
SCS模型是美国农业部水土保持局开发的小流域设计洪水模型，计算过程简单，所需参数较少，资料易于获取，尤其适用于資料缺乏地区，并且有效地考虑了流域下垫面的特点，是一种较好的计算小流域降雨径流量的方法[2]。在我国，许多专家和学者将此模型应用于小流域工程规划、流域水土保持、城市径流、无资料流域的径流模拟等研究中[3]。笔者通过改进SCS模型，提出适合兰州新区的模型参数，以期为今后兰州新区产汇流计算提供一定技术指导。 1 研究区概况及资料
1.1 研究区概况
兰州新区是全国第五个、西北地区第一个国家级新区，位于陇西黄土高原的西北部，属青藏高原、内蒙古高原和黄土高原的交汇地，南北长约73 km，东西宽约32 km，规划总面积1 744 km2，地理坐标为北纬36°17′15″—36°43′29″、东经103°29′22″—103°49′46″[4]。兰州新区深居内陆，属于大陆性冷温带半干旱气候区。区内无常年性天然地表径流分布，主要沟谷有水阜河、咸水河、碱沟以及龚巴川，主要的水利设施有引大入秦工程、皋兰县西岔电力提灌工程西干渠和水库。周边低山及黄土丘陵植被很差，下垫面消纳、蓄滞雨水能力较弱，降雨极易产生洪水。此外，兰州新区所在流域并没有主要河道的历史洪水资料，雨量观测资料缺乏，气象信息监测与自动传输设施缺位，无法为暴雨洪水的实时监测和有效预警提供服务，再加上兰州新区规划范围内现状防洪系统较为薄弱，若遭遇强暴雨量级的洪水，将面临极大的洪水灾害。
1.2 实测水文资料
流域内无降雨实测资料时，可采用周边气象站点实测资料进行插补。兰州新区无任何实测径流资料，产流计算依据附近永登、皋兰、兰州和中川机场等气象站点暴雨资料以及《甘肃省暴雨洪水特性研究》（2003年）、《甘肃省暴雨洪水图集》（1988年）、《甘肃省洪水调查》（第三册，黄河流域）、《甘肃省水文图集》等资料。
依据经验频率和暴雨统计参数，按P-Ⅲ型理论频率曲线分别对永登、皋兰、兰州、中川机场等4个雨量站最大24 h降雨系列进行频率分析计算，适线均值不做调整，偏态系数CS=3.5CV，求得各站年最大24 h暴雨量，见表1。
2 基于DEM-GIS的水系分析
运用ArcGIS先后对研究区DEM数据进行填洼、流向分析、汇流累计量分析、河网提取与分级、流域盆地分割与确定，最终得到天然情况下以流域盆地和矢量河网作为背景的集水流域计算数据，并根据研究区土地利用规划图、兰州新区水利建设规划图等资料，结合本次集水盆地分析，将兰州新区划分为西片区、北片区和盆地中心的城区（以不同底色加以区分），如图1所示。因为兰州新区径流主要来源为流域上游的天然砂沟，洪水主要由暴雨造成，所以选取兰州新区上游流域为研究对象，即出山口断面和正路乡断面以北区域，并提取了各片区集水面积等流域参数，成果见表2。
3 经验公式产流计算
利用2004版《甘肃省暴雨特性研究》中点暴雨参数，结合流域降雨时—面—深关系、流域形状系数曲线，将不同历时的设计点暴雨量经点面折减系数及形状系数修正后，得到暴雨点面指数，计算得到不同频率的设计面暴雨量，见表3。由于永登、皋兰、兰州、中川机场4个雨量站年最大24 h雨量综合适线结果与通过《甘肃省暴雨特性研究》等值线图查算流域重心处24 h雨量差异较小，同时考虑到《甘肃省暴雨特性研究》中等值线位置以及暴雨参数的确定是精准的、科学的、全面的，因此认为暴雨设计是合理的。
根据黄河干支流区综合概化时程分配雨型表，结合《甘肃省暴雨洪水图集》中各分区产流期平均入渗率，对北片区、西片区进行产流计算，结果见表4（下文将地方经验公式法得到的计算成果简称为对比产流量）。
式中：P为降雨总量，mm;R为径流深，mm;Ia为初损量，即径流开始前的损失量，主要包括蒸发、植被截留、地表填洼蓄水等，mm;S為流域当前最大可滞留量，mm，它是后损量的上限;λ为初损系数，是一个无量纲区域参数，λ>0。
由于S的变化范围很大，不便于取值，因此引入无因次参数CN来推求S[6]。
CN是反映降雨前流域特征的综合参数，反映流域前期土壤湿润程度、坡度、植被、土壤类型和土地利用状况的综合特性，可以较好地反映下垫面条件对产汇流过程的影响[7]。
实际计算过程中，降雨量P为己知量，因此CN值的确定是建立SCS产流模型的关键。《美国国家工程手册》在第四章中详细列出了CN值查算表，按照土壤前期湿润程度、土壤类型和土地利用方式，可查算CN值[8]。
5 模型的应用
5.1 参数λ、CN的敏感性分析
为了定性了解参数λ、CN在兰州新区西、北片区不同频率下对产流模拟的影响，利用LH-OAT全局敏感度分析方法[9]对SCS模型进行参数敏感性分析，分析成果如图2所示。
分析对比表明：在相同频率不同水文控制断面下，SCS模型的两个参数中CN是最敏感参数，且随着频率的变化，两参数的敏感性始终未发生改变，即CN>λ;CN、λ值的敏感性随频率的不断增大呈现递增趋势;CN值的敏感性变化速率远大于λ值的，同时随着频率的不断变大，参数对SCS模型产流结果影响变大。SCS模型在兰州新区运用过程中都是对CN值较λ值敏感，即CN值对SCS模型产流值影响较大。
5.2 CN值
在水文学中，CN值是一个无量纲参数[10]。SCS模型中参数CN使得最后的输出结果对该参数高度敏感，CN值变化±10%就会引起径流量计算结果分别变化55%、-45%[11]，因此CN的取值对于准确计算兰州新区地表径流量具有重要影响。利用MODIS卫星遥感监测土地利用类型，提取了2013年兰州新区的土地利用类型，研究区主要土地利用类型有灌木、草地、基本农田、城镇用地，见表5。根据Landsat 8卫星观测波段数据，结合NDVI公式计算植被覆盖程度，利用2016年7月31日Landsat 8影像，计算出了研究区各类植被覆盖面积占比，见表5。研究区土壤类型主要为灰钙土（669.21 km2）、栗钙土（133.16 km2）[12]，根据SCS模型土壤分类定义表和土壤前期湿润程度等级划分标准表，选定研究区土壤为B类土壤，并根据兰州新区降雨稀少、蒸发强烈、风大沙多等情况，选定研究区湿润程度为Ⅱ类。 根据DEM-GIS技术提取的片区面积，考虑输出成果对CN值的高度敏感性和参数本身的关键性，结合按不同植被覆盖度查表得到的灌木、草地占研究片区面积的大小，运用面积加权平均法，计算得到能反映兰州新区不同土地利用类型在各流域片区的平均CN值，分别为69.2、79.7。因为兰州新区土壤类型绝大多数属灰钙土，仅有少量栗钙土等其他土壤，且裸地面积占流域面积比例相对较小，不会对最后结果造成很大影响，所以裸地仍采用查表所得CN值，即86。调查兰州新区主要农作物耕种情况发现，作物主要分为直行种植、等高种植、等高耕种，查询CN值查算表并求平均值后得到作物CN值，即76.3。这样计算满足了片区流域在空间上的差异，同时在一定程度上克服了降雨和下垫面条件在空间上的不均匀性对计算结果造成的影响。
为了解西片区、北片区整体下垫面情况，预测兰州新区今后径流变化趋势，揭示兰州新区土地利用变化条件下集水流域的降雨—径流关系，通过面积加权平均法，计算得到了西片区、北片区综合CN值，即77.3、77.9，见表6。
5.3 初损系数λ
初损量Ia受土地利用、耕作方式、灌溉条件、枝叶截留、下渗、填洼等因素的影响，它与土壤最大可滞留量S成正比关系，美国农业部水土保持局在分析了大量试验结果的基础上，提出了二者最合适的比值系数0.2[13]，即初损系数λ为0.2。邓景成等[14]研究分析了位于黄土区杨青川流域的λ值并提出：草地最适宜的λ值为0.13、裸地最适宜的λ值为0.03。首先，参数λ=0.2主要适用于美国，导致SCS模型在研究区的应用存在偏差和局限性;其次，我国地域辽阔，土壤土质复杂多样，特别在干旱区及半干旱区尤为明显，相同土质、不同地区的λ也可能存在较大差异，即λ=0.13、λ=0.03在研究区的直接使用会对模拟结果产生一定影响。因此，为使模型计算结果更加科学、可信、合理，必须对λ作进一步分析计算。
由于研究区植被主要为低矮稀疏的灌木草地，因此λ同CN的取值方法类似，通过加权平均法计算得到：西片区灌木草地面积与裸地面积的比值为7.18%，λ为0.123 6;北片区灌木草地面积与裸地面积的比值为2.46%，λ为0.129 8。
6 结果与分析
采用暴雨历时为24 h的降雨量，模拟的兰州新区各片区产流量（径流深）见表7。
基于单因素方差分析方法[15]，逐一分析模拟产流量和对比产流量在相同断面、不同频率下总体平均值差异的显著性，方差分析结果见表8。在置信度95%情况下，正路乡断面、出山口断面ANOVA检验、Bonferroni检验、Homogeneity检验的Prob值均大于0.05，认为模拟产出值减去对比值为0，充分说明各断面SCS模型模拟结果值和根据主雨峰外雨量同频率放大所得到的结果值差异性不显著，即SCS模型得到的产流结果基本符合兰州新区实际降雨径流情况。
由于研究区为无资料地区，缺乏长系列水文资料佐证最后结果，因此为更加了解两种产流计算结果的优劣性，提高单因素方差分析结果的可信度，增强SCS模型输出值的科学性，将模拟产流量、对比产流量（用流量表示）分別与降雨量拟定回归方程，结果如图3所示。分析可得：正路乡断面、出山口断面降雨量—流量回归方程的斜率和相关系数的平方R2均是模拟产流量优于对比产流量且相差较小，且模拟产流量小于对比产流量，可以认为模拟产流值精度高于对比产流值精度，同时也间接证明了单因素方差分析法所得成果的准确性。因此，SCS模型得到的产流量具有合理性、可靠性，模拟精度也较为理想。
7 结 论
运用DEM-GIS技术，根据兰州新区土地利用类型、植被覆盖程度，将SCS模型应用于兰州新区进行径流模拟，得出的主要结论如下。
（1）利用LH-OAT全局敏感度分析方法，以兰州新区西、北两片区为背景，对SCS模型中参数CN、λ进行敏感性分析，发现CN敏感度远大于λ，且CN的敏感度变化速率也远大于λ的。
（2）综合考虑土地利用类型、植被覆盖程度，结合面积加权平均法推荐了适合兰州新区不同土地利用类型的CN值以及各流域片区的综合CN值。西片区综合CN值为77.9、λ值为0.123 6，北片区综合CN值为77.3、λ值为0.129 8。同时推荐了正路乡典型水文控制断面，频率为0.33%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%的产流量（流量）分别为30.5、28.4、17.1、11.0、7.1、3.7、2.1、1.3、0.7 m3/s;出山口典型水文控制断面，频率为0.33%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%的产流量（流量）分别为42.6、35.4、25.3、17.5、12.5、6.9、4.6、3.0、2.1 m3/s。
（3）根据改进后SCS模型产流成果，运用单因素方差分析法及拟定线性回归方程分析法，与通过主雨峰外雨量同频率放大径流量进行分析对比，得出：改进后的SCS模型能较好地反映兰州新区实际降雨径流过程，模型模拟精度较为理想。
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