黃河上游干旱區(qū)祖厲河流域生態(tài)發(fā)展模式研究

王小娥 魏 智 吳錦奎

(1.白銀市水土保持總站，甘肅 白銀 730900；2.白銀市河道管理站，甘肅 白銀 730900；3.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅 蘭州 730000)

祖厲河位于黃河上游干旱半干旱區(qū)，橫跨甘肅、寧夏兩省(自治區(qū))，是黃河上游重要的一級(jí)支流。主要流域面積位于甘肅省中部干旱區(qū)的白銀、定西兩市，是黃河上游生態(tài)脆弱區(qū)治理的典型區(qū)域之一。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于祖厲河的研究一直集中于年水資源量變化、水質(zhì)和水沙關(guān)系方面[1-5]，而對(duì)黃河上游這一干旱半干旱區(qū)典型流域現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及以后發(fā)展方式的研究較少。所以，在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展以及鄉(xiāng)村振興國(guó)家戰(zhàn)略機(jī)遇期，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)祖厲河流域現(xiàn)狀問(wèn)題，分析提出發(fā)展對(duì)策，對(duì)加強(qiáng)河道空間管控，實(shí)現(xiàn)黃河上游典型流域生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的示范輻射效應(yīng)，進(jìn)而帶動(dòng)流域內(nèi)鄉(xiāng)村振興有著重要意義。

1 流域概況

祖厲河流域位于東經(jīng)104°12′～105°33′，北緯35°18′～36°34′之間，屬黃河的一級(jí)支流，發(fā)源于會(huì)寧縣南部的華家?guī)X北麓(海拔2457.9m)，流經(jīng)甘肅省通渭、隴西、會(huì)寧、安定、榆中、靖遠(yuǎn)6縣﹙區(qū)﹚及寧夏的一部分，于靖遠(yuǎn)縣紅咀子處(海拔1394.5m)匯入黃河。干流全長(zhǎng)223km，流域面積1.06萬(wàn)km2，多年平均流量3.56m3/s，年徑流量1.14億m3，年徑流深10.6mm，徑流系數(shù)0.028。年均氣溫3.6～8.7℃，最冷月平均氣溫-8.1～7.7℃，極端最低氣溫-27.2～-22.8℃。多年平均(1956—2016年)輸沙量0.5億t，平均侵蝕模數(shù)4700t/(km2·a)，平均含沙量436kg/m3，最大含沙量1120kg/m3。

祖厲河流域水系發(fā)達(dá)，支流眾多，主要支流有中川河、祖河、大豹子溝、西鞏驛河、土木峴河、關(guān)川河等。河源至?xí)幙h城以南為上游，土質(zhì)層較薄，局部基巖出露，地勢(shì)逐漸降至海拔1723m，兩岸群山起伏，植被覆蓋較好，是祖厲河基流主要產(chǎn)水區(qū)；會(huì)寧縣城至郭城驛站為中游，屬黃土梁峁溝壑地形，植被差，河流泥沙含量增多，礦化度增高，地勢(shì)逐漸降低至海拔1925m；郭城驛站至河口為下游，地勢(shì)低平，河床寬淺，泥沙含量大，河水礦化度增至10g/L。由南向北，多年平均降水量由400mm減少至250mm，水面蒸發(fā)量由900mm漸增至1100mm，降水和蒸發(fā)呈明顯地帶性。降水集中在6—9月，年徑流主要以暴雨洪水形式出現(xiàn)。

2 流域現(xiàn)狀存在的主要問(wèn)題

2.1 水資源短缺問(wèn)題突出

祖厲河流域水資源總量0.76億m3，其中自產(chǎn)地表水資源量0.61億m3，不重復(fù)地下水資源量0.14億m3，人均水資源量137m3，是干旱缺水的甘肅省平均水平的1/8。流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水主要來(lái)源于甘肅省引洮供水工程(二期)五、六、八干渠和靖會(huì)高揚(yáng)程提灌工程，域內(nèi)大部分人口及產(chǎn)業(yè)集聚于川區(qū)。祖厲河除河源植被較好、礦化度小于3g/L外，會(huì)寧縣城以下植被變差，河流切割黃土層下的K3紅砂巖層，沿途納入西鞏河、甘溝河、土木峴河及關(guān)川河等支流，礦化度增高至大于3g/L。郭城驛站以北的下游河床寬淺，年降水量300mm以下，無(wú)較大支流匯入稀釋，沿途溶解大量鎂、鈉、鈣，礦化度逐漸增大至10g/L，不能飲用和灌溉，資源性和水質(zhì)性缺水并存。

2.2 水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重

祖厲河流域位于甘肅中部干旱區(qū)，平均降水量380mm，北部甚至在250mm以下。流域中心區(qū)域包括以干旱聞名的安定、會(huì)寧兩縣(區(qū))的全部和定西市安定區(qū)。流域內(nèi)現(xiàn)有耕地491.8萬(wàn)畝，占整個(gè)流域面積的30.8%，耕地中坡耕旱地占95%以上。土壤墾殖指數(shù)在中部和南部高達(dá)40%～50%，局部超60%[6]。流域內(nèi)土質(zhì)疏松，植被覆蓋度低，坡耕地大面積存在，導(dǎo)致以水力侵蝕和重力侵蝕為主的水土流失嚴(yán)重，水力侵蝕以面蝕、溝蝕為主，主要分布在梁峁、梁坡、溝坡。重力侵蝕以滑坡、崩塌、瀉溜等為主，主要分布在溝道、陡坡、懸崖立壁及溝頭。河道無(wú)序采砂造成河勢(shì)紊亂，加劇了水土流失，采砂規(guī)劃對(duì)砂石資源量缺少科學(xué)分析，盲目確定采砂量。在河道“清四亂”行動(dòng)中，祖厲河靖遠(yuǎn)段河道干流關(guān)停23處采砂點(diǎn)，但砂石料堆積于岸邊和河道內(nèi)，采砂遺留的砂坑沒(méi)有進(jìn)行回填整理。流域水土流失面積占流域總面積的99.96%，多年平均輸沙量達(dá)到0.41萬(wàn)t，水土流失模數(shù)高達(dá)4700t/(km2·a)[2]。以臨近下游2km的安寧渡水文站計(jì)，祖厲河年平均入黃河水量占1.6%，但年平均輸入黃河的泥沙量卻占39.6%，成為黃河上游的多沙河流，強(qiáng)烈的土壤侵蝕使流域生態(tài)脆弱、水土流失嚴(yán)重。

2.3 點(diǎn)、面源污染風(fēng)險(xiǎn)較高

流域內(nèi)農(nóng)業(yè)種植面積大，川臺(tái)地(Ⅱ級(jí)階地)利用率高，近年來(lái)地膜覆蓋栽培技術(shù)以增溫保墑、抑制雜草生長(zhǎng)、促進(jìn)作物早熟和增產(chǎn)而在全流域廣泛推廣，化肥、農(nóng)藥及地膜使用量較大。以玉米為例畝均可增產(chǎn)200～300kg，旱作農(nóng)業(yè)區(qū)更為顯著，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。農(nóng)膜成為繼種子、化肥之后的第三大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必需品。但隨著時(shí)間的推移，地膜污染也逐步顯露出來(lái)。由于殘留地膜回收率低，土壤中殘膜量逐步增加。祖厲河流域主要農(nóng)業(yè)面源污染物為CODMn(高錳酸鉀指數(shù))、BOD5(五日生化需氧量)、NO2-N(亞硝酸鹽氮)、NH3-N(氨氮)、TP(全磷)、F-(氟化物)、TN(全氮)，大部分來(lái)源于農(nóng)地和林地，與河流水體主要污染物基本一致。來(lái)源于坡面的污染物高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧、氨氮、亞硝酸鹽氮、砷、總磷的負(fù)荷分別占溝道同類污染物負(fù)荷的77%、95%、62%、80%、87%、50%[7]，說(shuō)明溝道污染物主要來(lái)自流域內(nèi)面源污染。

干流流經(jīng)的縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水收集管網(wǎng)未完全覆蓋或無(wú)市政配套管網(wǎng)，仍然存在直排現(xiàn)象。流域內(nèi)較大的甘溝、郭城2處大(Ⅱ)型水廠、6處鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理站未完全實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用和安全處置，流域加工企業(yè)主要進(jìn)行塑料薄膜回收加工、淀粉加工等，相當(dāng)數(shù)量的工業(yè)企業(yè)不能做到廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。2020年干流河道兩岸內(nèi)有規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)10家，規(guī)模以下養(yǎng)殖場(chǎng)40家，建成廢舊農(nóng)膜回收網(wǎng)點(diǎn)19個(gè)，存在點(diǎn)源污染風(fēng)險(xiǎn)。受面源和點(diǎn)源污染的雙重影響，祖厲河水質(zhì)全河段惡化為劣Ⅴ類，污染物數(shù)量多具有增大趨勢(shì)[8]。

3 流域可持續(xù)發(fā)展的主要對(duì)策

3.1 堅(jiān)持科學(xué)的流域發(fā)展定位

根據(jù)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)上、中、下游的總體定位，位于黃河上游的祖厲河流域應(yīng)突出黃土高原水土流失治理重點(diǎn)任務(wù)，根據(jù)氣候、土壤、光熱資源條件，上游降水量大、植被覆蓋度高，是祖厲河水源涵養(yǎng)和生態(tài)屏障區(qū)；中游是全流域主要產(chǎn)沙區(qū)，水土流失約占全流域的50%；下游多為Ⅲ、Ⅳ級(jí)階地塬區(qū)，地勢(shì)相對(duì)平坦。將全流域劃分為“水源涵養(yǎng)保護(hù)區(qū)、水土流失重點(diǎn)治理區(qū)、水土流失防治區(qū)、河道綜合治理區(qū)”四大功能片區(qū)，按照“先支流后干流，先上游后下游”的綜合治理格局，著力把祖厲河流域建設(shè)成為黃河上游水土流失重點(diǎn)治理示范區(qū)、河流廊道生態(tài)修復(fù)與重建示范區(qū)、流域紅色文化傳承引領(lǐng)區(qū)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境變化條件下祖厲河流域的綜合治理。

3.2 改良粗放的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式

按照現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的內(nèi)在要求，認(rèn)識(shí)新的發(fā)展模式和生態(tài)規(guī)律，利用先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)展。政策層面應(yīng)全面實(shí)行坡耕地退耕還林還草，減少對(duì)自然生態(tài)的擾動(dòng)和破壞，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和保護(hù)；流域內(nèi)宜分區(qū)域錯(cuò)位發(fā)展，川臺(tái)區(qū)可重點(diǎn)種植糧經(jīng)作物，實(shí)施大中型灌區(qū)(靖會(huì)灌區(qū)、南川灌區(qū))的現(xiàn)代化改造，節(jié)約集約利用水資源。根據(jù)相關(guān)研究，到2030年，當(dāng)灌溉水有效利用系數(shù)從0.55增加至0.6以上時(shí)，農(nóng)業(yè)可節(jié)水0.5億m3；山塬區(qū)主要以發(fā)展旱作生態(tài)農(nóng)業(yè)為主，種植小雜糧、觀賞植物(花卉、油菜花)和綠色無(wú)公害蔬菜，發(fā)展高原特色休閑農(nóng)業(yè)、農(nóng)村旅游，不僅可以減少面源污染，減少水土流失，還可提高農(nóng)村撂荒拋荒的寶貴土地資源利用效率。

祖厲河流域人口密度較大且多集中于川臺(tái)區(qū)(Ⅰ級(jí)階地)，地形破碎，溝壑密度大，適宜通過(guò)小流域綜合治理方式，堅(jiān)持“宜林則林，宜草則草，喬、灌、草結(jié)合，鄉(xiāng)土樹(shù)種為主”的治理理念，推廣當(dāng)?shù)爻晒Φ摹吧巾敶髅弊?、山腰系帶子、山腳穿鞋子”治理模式，采用“隔坡環(huán)山水平帶子田”和“漏斗式魚鱗坑”工程做法。在首先保護(hù)原始生態(tài)基礎(chǔ)上，適當(dāng)進(jìn)行人工植綠改造，促使生態(tài)逐步自然修復(fù)，引導(dǎo)生態(tài)向更合理的方向演替，實(shí)現(xiàn)人、地、水三者和諧。

3.3 實(shí)施嚴(yán)格的河道管控利用

河流水域岸線作為沿河國(guó)民經(jīng)濟(jì)設(shè)施建設(shè)的重要載體，是社會(huì)發(fā)展可利用的重要資源，應(yīng)和土地資源一樣加以合理保護(hù)、有效利用。祖厲河白銀段(含關(guān)川河)河道岸線利用建筑物主要包括水庫(kù)、防護(hù)堤、交通橋及沿河企業(yè)建筑物。祖厲河岸線保護(hù)與利用規(guī)劃已劃定的保護(hù)區(qū)和保留區(qū)占比在80%以上，體現(xiàn)了“保護(hù)優(yōu)先，合理利用”的原則。此外，隨著全球氣候變化和水保措施的增加，流域洪水量級(jí)和頻率存在持續(xù)減小的趨勢(shì)，基于河道砂石資源沒(méi)有得到有效補(bǔ)充和更新的實(shí)際，科學(xué)利用流域內(nèi)砂石資源，合理劃定砂石資源可采區(qū)與可采期，保護(hù)好有限的歷史沉積砂石資源。

4 結(jié) 論

a.祖厲河流域水資源形態(tài)主要是季節(jié)性洪流，人均水資源量137m3，1980年以來(lái)降水量、年徑流量一直處于偏少期，流域大部分人口及幾乎全部產(chǎn)業(yè)集聚于川區(qū)，依賴流域外調(diào)水來(lái)解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水問(wèn)題。流域特殊的Q4黃土地層和荒漠植被，導(dǎo)致水土流失模數(shù)高達(dá)4700t/(km2·a)，河流沿途溶解大量鎂、鈉、鈣和點(diǎn)面污染物，礦化度高，不能飲用和灌溉，資源性與水質(zhì)性缺少并存。

b.黃河上游祖厲河流域總體發(fā)展目標(biāo)，應(yīng)定位于黃土高原生態(tài)文明建設(shè)，突出黃土高原水土流失治理重點(diǎn)任務(wù)，可將流域劃分為“水源涵養(yǎng)保護(hù)區(qū)、水土流失重點(diǎn)治理區(qū)、水土流失防治區(qū)、河道綜合治理區(qū)”四大功能片區(qū)。川區(qū)重在實(shí)施大中型灌區(qū)的現(xiàn)代化改造，節(jié)約集約利用水資源；山塬區(qū)要以發(fā)展旱作生態(tài)農(nóng)業(yè)為主，通過(guò)坡耕地退耕還林還草和小流域綜合治理，減少面源污染，減少水土流失。

c.河道岸線利用要體現(xiàn)“保護(hù)優(yōu)先，合理利用”的原則?？茖W(xué)認(rèn)識(shí)隨著全球氣候變化和水土保持治理面積的增加，流域洪水量級(jí)和頻率存在持續(xù)減小的趨勢(shì)，基于河道砂石資源補(bǔ)充和更新困難的事實(shí)，科學(xué)保護(hù)利用流域內(nèi)砂石資源。