黄河上游干旱区祖厉河流域生态发展模式研究

王小娥 魏 智 吴锦奎

(1.白银市水土保持总站，甘肃 白银 730900；
2.白银市河道管理站，甘肃 白银 730900；
3.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃 兰州 730000)

祖厉河位于黄河上游干旱半干旱区，横跨甘肃、宁夏两省(自治区)，是黄河上游重要的一级支流。主要流域面积位于甘肃省中部干旱区的白银、定西两市，是黄河上游生态脆弱区治理的典型区域之一。目前，国内关于祖厉河的研究一直集中于年水资源量变化、水质和水沙关系方面[1-5]，而对黄河上游这一干旱半干旱区典型流域现状、存在问题及以后发展方式的研究较少。所以，在黄河流域生态保护和高质量发展以及乡村振兴国家战略机遇期，准确认识祖厉河流域现状问题，分析提出发展对策，对加强河道空间管控，实现黄河上游典型流域生态保护和修复的示范辐射效应，进而带动流域内乡村振兴有着重要意义。

祖厉河流域位于东经104°12′～105°33′，北纬35°18′～36°34′之间，属黄河的一级支流，发源于会宁县南部的华家岭北麓(海拔2457.9m)，流经甘肃省通渭、陇西、会宁、安定、榆中、靖远6县﹙区﹚及宁夏的一部分，于靖远县红咀子处(海拔1394.5m)汇入黄河。干流全长223km，流域面积1.06万km2，多年平均流量3.56m3/s，年径流量1.14亿m3，年径流深10.6mm，径流系数0.028。年均气温3.6～8.7℃，最冷月平均气温-8.1～7.7℃，极端最低气温-27.2～-22.8℃。多年平均(1956—2016年)输沙量0.5亿t，平均侵蚀模数4700t/(km2·a)，平均含沙量436kg/m3，最大含沙量1120kg/m3。

祖厉河流域水系发达，支流众多，主要支流有中川河、祖河、大豹子沟、西巩驿河、土木岘河、关川河等。河源至会宁县城以南为上游，土质层较薄，局部基岩出露，地势逐渐降至海拔1723m，两岸群山起伏，植被覆盖较好，是祖厉河基流主要产水区；
会宁县城至郭城驿站为中游，属黄土梁峁沟壑地形，植被差，河流泥沙含量增多，矿化度增高，地势逐渐降低至海拔1925m；
郭城驿站至河口为下游，地势低平，河床宽浅，泥沙含量大，河水矿化度增至10g/L。由南向北，多年平均降水量由400mm减少至250mm，水面蒸发量由900mm渐增至1100mm，降水和蒸发呈明显地带性。降水集中在6—9月，年径流主要以暴雨洪水形式出现。

2.1 水资源短缺问题突出

祖厉河流域水资源总量0.76亿m3，其中自产地表水资源量0.61亿m3，不重复地下水资源量0.14亿m3，人均水资源量137m3，是干旱缺水的甘肃省平均水平的1/8。流域内工农业生产及居民生活用水主要来源于甘肃省引洮供水工程(二期)五、六、八干渠和靖会高扬程提灌工程，域内大部分人口及产业集聚于川区。祖厉河除河源植被较好、矿化度小于3g/L外，会宁县城以下植被变差，河流切割黄土层下的K3红砂岩层，沿途纳入西巩河、甘沟河、土木岘河及关川河等支流，矿化度增高至大于3g/L。郭城驿站以北的下游河床宽浅，年降水量300mm以下，无较大支流汇入稀释，沿途溶解大量镁、钠、钙，矿化度逐渐增大至10g/L，不能饮用和灌溉，资源性和水质性缺水并存。

2.2 水土流失现象严重

祖厉河流域位于甘肃中部干旱区，平均降水量380mm，北部甚至在250mm以下。流域中心区域包括以干旱闻名的安定、会宁两县(区)的全部和定西市安定区。流域内现有耕地491.8万亩，占整个流域面积的30.8%，耕地中坡耕旱地占95%以上。土壤垦殖指数在中部和南部高达40%～50%，局部超60%[6]。流域内土质疏松，植被覆盖度低，坡耕地大面积存在，导致以水力侵蚀和重力侵蚀为主的水土流失严重，水力侵蚀以面蚀、沟蚀为主，主要分布在梁峁、梁坡、沟坡。重力侵蚀以滑坡、崩塌、泻溜等为主，主要分布在沟道、陡坡、悬崖立壁及沟头。河道无序采砂造成河势紊乱，加剧了水土流失，采砂规划对砂石资源量缺少科学分析，盲目确定采砂量。在河道“清四乱”行动中，祖厉河靖远段河道干流关停23处采砂点，但砂石料堆积于岸边和河道内，采砂遗留的砂坑没有进行回填整理。流域水土流失面积占流域总面积的99.96%，多年平均输沙量达到0.41万t，水土流失模数高达4700t/(km2·a)[2]。以临近下游2km的安宁渡水文站计，祖厉河年平均入黄河水量占1.6%，但年平均输入黄河的泥沙量却占39.6%，成为黄河上游的多沙河流，强烈的土壤侵蚀使流域生态脆弱、水土流失严重。

2.3 点、面源污染风险较高

流域内农业种植面积大，川台地(Ⅱ级阶地)利用率高，近年来地膜覆盖栽培技术以增温保墒、抑制杂草生长、促进作物早熟和增产而在全流域广泛推广，化肥、农药及地膜使用量较大。以玉米为例亩均可增产200～300kg，旱作农业区更为显著，取得了较好的经济效益。农膜成为继种子、化肥之后的第三大农业生产必需品。但随着时间的推移，地膜污染也逐步显露出来。由于残留地膜回收率低，土壤中残膜量逐步增加。祖厉河流域主要农业面源污染物为CODMn(高锰酸钾指数)、BOD5(五日生化需氧量)、NO2-N(亚硝酸盐氮)、NH3-N(氨氮)、TP(全磷)、F-(氟化物)、TN(全氮)，大部分来源于农地和林地，与河流水体主要污染物基本一致。来源于坡面的污染物高锰酸盐指数、溶解氧、氨氮、亚硝酸盐氮、砷、总磷的负荷分别占沟道同类污染物负荷的77%、95%、62%、80%、87%、50%[7]，说明沟道污染物主要来自流域内面源污染。

干流流经的县城、乡镇污水收集管网未完全覆盖或无市政配套管网，仍然存在直排现象。流域内较大的甘沟、郭城2处大(Ⅱ)型水厂、6处乡镇污水处理站未完全实现污泥的资源化利用和安全处置，流域加工企业主要进行塑料薄膜回收加工、淀粉加工等，相当数量的工业企业不能做到废水稳定达标排放。2020年干流河道两岸内有规模化养殖场10家，规模以下养殖场40家，建成废旧农膜回收网点19个，存在点源污染风险。受面源和点源污染的双重影响，祖厉河水质全河段恶化为劣Ⅴ类，污染物数量多具有增大趋势[8]。

3.1 坚持科学的流域发展定位

根据黄河流域生态保护和高质量发展战略对上、中、下游的总体定位，位于黄河上游的祖厉河流域应突出黄土高原水土流失治理重点任务，根据气候、土壤、光热资源条件，上游降水量大、植被覆盖度高，是祖厉河水源涵养和生态屏障区；
中游是全流域主要产沙区，水土流失约占全流域的50%；
下游多为Ⅲ、Ⅳ级阶地塬区，地势相对平坦。将全流域划分为“水源涵养保护区、水土流失重点治理区、水土流失防治区、河道综合治理区”四大功能片区，按照“先支流后干流，先上游后下游”的综合治理格局，着力把祖厉河流域建设成为黄河上游水土流失重点治理示范区、河流廊道生态修复与重建示范区、流域红色文化传承引领区，实现环境变化条件下祖厉河流域的综合治理。

3.2 改良粗放的产业发展模式

按照现阶段农业生产方式转变和农业现代化的内在要求，认识新的发展模式和生态规律，利用先进的农业技术，实现农业经济效益、社会效益和生态效益的统一协调发展。政策层面应全面实行坡耕地退耕还林还草，减少对自然生态的扰动和破坏，促进生态环境的恢复和保护；
流域内宜分区域错位发展，川台区可重点种植粮经作物，实施大中型灌区(靖会灌区、南川灌区)的现代化改造，节约集约利用水资源。根据相关研究，到2030年，当灌溉水有效利用系数从0.55增加至0.6以上时，农业可节水0.5亿m3；
山塬区主要以发展旱作生态农业为主，种植小杂粮、观赏植物(花卉、油菜花)和绿色无公害蔬菜，发展高原特色休闲农业、农村旅游，不仅可以减少面源污染，减少水土流失，还可提高农村撂荒抛荒的宝贵土地资源利用效率。

祖厉河流域人口密度较大且多集中于川台区(Ⅰ级阶地)，地形破碎，沟壑密度大，适宜通过小流域综合治理方式，坚持“宜林则林，宜草则草，乔、灌、草结合，乡土树种为主”的治理理念，推广当地成功的“山顶戴帽子、山腰系带子、山脚穿鞋子”治理模式，采用“隔坡环山水平带子田”和“漏斗式鱼鳞坑”工程做法。在首先保护原始生态基础上，适当进行人工植绿改造，促使生态逐步自然修复，引导生态向更合理的方向演替，实现人、地、水三者和谐。

3.3 实施严格的河道管控利用

河流水域岸线作为沿河国民经济设施建设的重要载体，是社会发展可利用的重要资源，应和土地资源一样加以合理保护、有效利用。祖厉河白银段(含关川河)河道岸线利用建筑物主要包括水库、防护堤、交通桥及沿河企业建筑物。祖厉河岸线保护与利用规划已划定的保护区和保留区占比在80%以上，体现了“保护优先，合理利用”的原则。此外，随着全球气候变化和水保措施的增加，流域洪水量级和频率存在持续减小的趋势，基于河道砂石资源没有得到有效补充和更新的实际，科学利用流域内砂石资源，合理划定砂石资源可采区与可采期，保护好有限的历史沉积砂石资源。

a.祖厉河流域水资源形态主要是季节性洪流，人均水资源量137m3，1980年以来降水量、年径流量一直处于偏少期，流域大部分人口及几乎全部产业集聚于川区，依赖流域外调水来解决工农业生产及居民生活用水问题。流域特殊的Q4黄土地层和荒漠植被，导致水土流失模数高达4700t/(km2·a)，河流沿途溶解大量镁、钠、钙和点面污染物，矿化度高，不能饮用和灌溉，资源性与水质性缺少并存。

b.黄河上游祖厉河流域总体发展目标，应定位于黄土高原生态文明建设，突出黄土高原水土流失治理重点任务，可将流域划分为“水源涵养保护区、水土流失重点治理区、水土流失防治区、河道综合治理区”四大功能片区。川区重在实施大中型灌区的现代化改造，节约集约利用水资源；
山塬区要以发展旱作生态农业为主，通过坡耕地退耕还林还草和小流域综合治理，减少面源污染，减少水土流失。

c.河道岸线利用要体现“保护优先，合理利用”的原则。科学认识随着全球气候变化和水土保持治理面积的增加，流域洪水量级和频率存在持续减小的趋势，基于河道砂石资源补充和更新困难的事实，科学保护利用流域内砂石资源。