应用祖厉河流域1956~2016年实测水文资料，采用水文统计法、差积曲线法、突变检验法等方法，分析了流域水沙时空分布规律及水沙关系。结果表明：祖厉河流域年降水量、年径流深从上游向下游减小；支流关川河巉口以上年输沙模数相对较小，中游会宁-郭城驿最大。4个代表站历年降水量、径流量、输沙量均呈显著减少趋势，降水量年内分配主要集中在5~9月，径流量和输沙量主要集中在6~9月；水沙变化的突变年份为1999年，基准期1956~1999到措施期2000~2016年多年平均年径流量和输沙量分别减少了39.6%、72.9%。流域降水量年均减少0.53~1.23mm，气温年均升高0.029~0.042℃/a，植被覆盖度年均增加0.85 %/a，降水减少、水土保持措施面积增加和植被覆盖度大幅提高是流域水沙持续减少的主要原因。