美国水资源普查

1、一、水资源普查的背景 在美国许多地方，即使在水量正常的年份，水资源匮乏与用水争端也已司空见惯，农业灌溉 需要水，城市生活需要水，生产能源需要水，同时还要依法保护环境和物种的需水。特别是 随着美国的人口中心移向地表水资源有限的沿海地区以及干旱的西部地区，水资源短缺现象 将频繁发生。事实上，在美国与墨西哥边界部分的西南地区，由于抽水灌溉，地下水位线已 经下降很多，致使许多河流（如格兰德河）时而断流。水资源依赖于地下水的城市（如亚利 桑那州的图森市）迫切需要知道抽水灌溉还能持续多久。根据各州政府委员会的报告（2003 年），水资源冲突成为各州所关注的问题之一。不但部分地区的水资源出现短缺，而且“冲

2、突还发生在各州内部、州与州之间、州与联邦政府之间，发生在各环境专家之间以及各州与 联邦机构之间。”预计许多州在未来会出现水资源短缺问题，并对联邦政府将如何帮助他们 迎接这一挑战表示关注（美国审计总署，2003年）。不断变化的气候模式对各地区、各区域 的可用水资源状况将带来进一步影响（美国国家科技委员会，2004年）。可用水资源的冲突 还可能影响未来对能源或矿业资源的发展需求。例如，在干旱地区，从油页岩中生产油将耗 费大量水资源，这直接与社区或农业的用水需求产生冲突；而在丰水地区，冲突可能更多地 在于生态系统对水质的需求。除了从可用水量和水质两方面对水资源有要求外，还必须考虑 环境用水因素，比如

3、与水资源密切相联的水生鱼类、野生动植物以及原生植被等。随着水资源问题日益受到人们普遍关注，为回答全国到底拥有多少淡水资源以及供求量是增 加还是下降、美国是否拥有足够的淡水资源满足未来人与环境的需求等重大问题，美国地质 调查局（USGS）作为负责对美国自然资源（包括水资源和生态资源）进行科学评估的联邦机 构，受命组织启动了全国性水资源普查，以摸清水资源家底，掌握水资源变化趋势。二、水资源普查提出的经过1978年，美国水资源委员会对全国水资源进行全面评估。时隔三十多年，美国的水资源状况 以及人们的需求已经发生了巨大的变化。为此，2002年，根据国会的要求，USGS发布题为关 于水资源可用性与用途全

4、国性评估的意见（1223号文件），概述了全国性评估工作的大致 框架，提出采用21个水资源区域作为研究单位开展调查。2005年，USGS在五大湖流域启动了水资源可用量的试点研究，主要了解流域水资源的动态信息，包括地下及地表水的流量 和产量，并说明水资源使用数据对于确定水资源可用量的重要性。2006年，美国国家科技委员会（NSTC）执行主席Whitney, Gene在费城年会上指出，面对地 区性干旱以及越来越多因水资源供应引发的冲突，美国人还并不清楚拥有多少水资源，也不 清楚需要的水资源量有多大，需要一次全国性的水资源普查。如果不了解地下水和地表水资 源供应情况及其随时间推移而发生的变化，水资源管

5、理者就无法确定供应量是否能充分满足 未来几十年内的基本需求。虽然有当地、地区及全国性机构对可用水资源量和水质监控情况 做持续调查，但美国仍缺乏对主要流域淡水供应和需求的全面认识。正如国家要了解当前人 口、经济活动、农业、能源与公共健康方面的信息一样，了解一段时间内的淡水资源状态也 有着重要意义。联邦机构可与州、地区及当地水资源机构一起合作，拟定一整套全国性方案，以开展全国水 资源普查，也就是说，开展一次对全国地表、地下水及水资源质量的定期盘点。这一普查需 要开发并实施一系列数据收集、数据通讯及数据可用性标准和协议，用于所有全国性地表水、 地下水及水质测量和监控系统。普查中将利用现有水资源监控网

6、络进行全国统一计量，并将 开发一套方案，确定美国地表及地下水监控最高需求中的地区性及全国性优先级。2007年，美国地质调查局发布了题为“直面明日挑战”的十年科学战略（20072017） （1309 期），提出六大战略性科学方向之一就是美国水资源普查一一“美国未来所需淡水资源的定 量研究、预测和保障”。报告详细阐述了水资源普查的战略方向、具体行动以及对未来的展 望等内容。同年，美国国家科技委员会发布了题为“维持美国可供水量与水质的联邦科技战 略”的报告，将水资源普查作为应对挑战的科技战略之一，指出：“美国亟需马上进行一次 水资源普查，以说明全国各地的水资源即时状况及历时趋势”。用最简单的话来说，

7、其指导 理念就是“不能定量就无法管理”。了解全国当前的水资源“财产”及利用率，对于实现有 效管理意义重大。三、水资源普查的目标公众和决策者需要了解及时而准确的水资源方面的各种信息，以解决水资源问题或者说可能 存在的“困境”，这些信息包括有关现在与将来人类、经济和环境得以健康发展所需淡水资 源的数量和质量。因此，美国水资源普查计划，重点是全面地、科学地认识人和环境所需淡 水资源的状况与趋势，满足人们对这些信息的需求。主要目标如下：一是摸清美国淡水资源的现状以及变化情况；二是更为准确的判断未来人类、环境及野生动 植物的用水需求；三是识别可用淡水资源与水的自然存蓄与运动、水利工程、水的使用以及 调配

8、之间的联系；四是鉴别通常不认为是资源的水资源，但又存在为人类和环境提供所需淡 水资源的可能；五是预测由于土地使用、土地覆盖、天然和人工建造的基础设施、用水和气 候等方面的变化而可能对可用水资源量、水质、水域生态系统健康造成的后果。USGS的目标是为各利益相关方提供技术信息和工具，让他们能够针对所面临的问题，对水资 源可用性加以评估。管理水资源供应的职责应由州及地方政府承担，但是所有各州都需要了 解水利系统方面的知识。因此，需要提供跨越管辖界限、无缝接合的全国水利资源可用性数 据库。四、水资源普查的重点USGS确定了水资源普查四个方面的重点：（一）重点内容：水量、水质与水资源的利用普查的重点内容

9、包括：存在于地表水、地下水、雪水、冰水以及水资源基础设施中淡水资源 的量与质；满足人类和环境用途的淡水资源的量与质；由于气候、土地利用及覆被变化、人 类和环境对水资源需求的变化而引起的淡水资源的量质变化。为了解并量化水资源的整个循环利用情况，采用严格的统计学方法来统计所有的信息。水资 源利用将通过以下三种方式进行评估：一是整合全国、各州及个人的关于人口、住房、气候、 农业及经济信息的数据库；二是为地区间用户关于数据的设定、获取方法以及传输数据等建 立统计联系；三是利用这些建立好的联系，评估某一地区的用水（或需水）状况。USGS将与 来自各级政府、工业、农业、水资源供应商，以及在此领域有丰富经验

10、可供分享的利益集团 等，共同谋划设法整合此类信息。同时，为了解水资源利用情况，还设计了主要的水文指标。水文指标展示了水循环中的基本组成模块，获得这些指标的相关信息及其内在趋势，将有助 于了解可用水资源的状况。这些指标包括：降雨量、土壤水分蒸发蒸腾损失总量、积雪地带、 冰川、大湖及水库中的水资源储量、地下水水位指数、地下水补给比率、地下水储量变化、 溪水河水径流参数、溪水河水底流参数、水源的总回收水量、流域间的引调水量、消耗性使 用量、回流量、生态水流特征、用于现有需求的受损地表及地下水供应量等。USGS将统一规 定信息的提交时间与格式，并且致力于提供大量流域中的点对点信息，以方便用户获取任一

11、范围内的相关水文指标和水循环趋势。此次普查还将包括水质监测，以便管理者了解发生水质变化的时间和地点，将对从水源地到 下游河段、湖泊、水库、河口及海岸区的污染物活动进行评估。全国水资源普查将监测网络 与模型相结合，能够对未监测地点的水质状况进行估计，从而实现普查的最终目的。（二）重点范围：21个水资源区域水资源普查将重点调查美国的21个水资源区域，包括这些区域的流域、所关联的蓄水层（由 USGS定义，1982年），以及近海淡水资源区域。对各区域水资源的供求变化，都要进行调查， 从而确定：水资源的分布位置、淡水资源的储量及质量、水资源使用量、淡水资源的供应是 稳定的、增长的还是下降的。来自于各县、

12、各州、各区以及联邦政府的强大协助（例如“水 资源合作计划”），将确保各地的需求以及全国水资源普查的目标得到满足和实现。新的科学技术可用于认识美国当前及未来水资源的需求以及确定可用水资源量。这些技术将 建立在对水资源循环的各个组成部分进行严谨而系统地量化研究的基础之上。USGS的监测网 络和研究团体将为美国的主要流域和蓄水层建立起权威的、安全有效的有关淡水资源供求方 面的数据库。研究工作要做到更好地认识各流域和蓄水层的特征，包括有多少水资源可以储 存和调配。水资源普查还要求，在绘制和描述美国主要蓄水层和流域系统（特别是在有断层 岩和石灰岩的沿海地区和区域）的地质和地球构造时，要有所改进。要研究出

13、对水资源利用 情况进行预测的非直接方法，当直接方法不可行或不可用时，可用它对人类和环境在未来的 水资源利用情况做具有现实意义的预测。（三）重点关注：所有主要流域及蓄水层水量收支结构及其模型美国水资源普查所关注的一个重点就是全国所有主要流域及蓄水层的水量收支结构及其模型。水量收支要求更好地了解和测量进入流域或蓄水层的水资源变化、水资源存量以及流出 该流域或蓄水层的水资源量。水量收支模型将用来预测水资源量可能发生的变化，包括流入 某流域或蓄水层的水资源量（在更潮湿或更干燥的气候条件下，或者在流域与蓄水层之间人 类利用水资源的方式发生变化的情况下），或者水资源使用量（用于人类、环境和野生动植 物所需

14、）。确定对蓄水层的水资源进行何种级别的补给，需更好地了解水资源从地表到地下的运动过程， 即所谓的补给过程，为此要求更好地了解水资源下面的地质构造特征以及地表土壤的渗透性。 在流入河流被排走之前，水资源能够在地表停留多久，或者地表的降水进入地下并对蓄水层 进行补给的可能性有多大，这些问题同样是土地覆被和使用类型的一个功能。这些过程，结 合各种地球化学方面的特点，当水资源在某个流域或蓄水层流动时，同样是确定在水补给和 排放变化中所涉及的水资源的质量。因此，通过对环境因素、水资源需求进行科学地量化研 究，以及定期对土地覆被和使用方式等因素的变化情况进行确定，水资源普查将能更好地认 识到环境对水资源的

15、需求与土地覆被和使用之间的联系。任何用于既定目的的可用水资源的数量都直接与对其质量的要求相关联。流域和蓄水层所储 存的水资源可能不适合于人类饮用，但可能适用于其它用途，例如灌溉、工业生产、发电厂 冷却，或者环境用水。非饮用水作为水资源的一个组成部分，在过去很大程度上被人们忽略， 但在水资源普查中，将会被包括在内。当USGS的科学家们分析数据并提高对美国水资源各组成部分与淡水资源需求之间联系的认 识后，美国水资源普查报告的各个部分将会得到仔细推敲，以确保美国的所有可用水资源均 被包含在内，而且有关人类和环境所需淡水资源的数量与质量方面的状况和趋势也将得到清 晰的展示。（四）重点研究：以区域为最小

16、评估单位开展相关研究在有些地区，对水资源的竞争已引起全国性关注和担忧。有时，竞争利益是各种不同的人类 需求饮用水、灌溉用水、能源用水、工业流程用水或其他用水需求。在另外一些情况下， 是人类需求与水生生态系统需求之间的竞争。国家需要对这些区域进行评估，以全面考察其 水资源可用性的水文及生态状况。USGS将针对选定流域拟定一系列研究，这些区域的利益相 关方也迫切希望使用最佳的工具，对其水资源可用性进行全面技术评估USGS将与流域内的 利益相关方及各相关机构同心携力，一同部署并执行此类研究。五、水资源普查的成果全国水资源普查的最终成果将包括：一是建立水文指标数据库（统计指标如上所述），提供 全国淡水

17、资源数量及质量基本状况。二是一份用于评估野生动物及栖息地所需水流的计划， 包括：按照水文生态类型，对全国溪流进行分类；系统地考察水文变化造成的生态影响，建 立生态系统的数据、知识以及预测工具；针对各类河流或溪流，建立水流变换与生态反应之 间的关系。三是一份提供可用水资源信息的申请，这些信息取自具有一定比例的水资源用户。 四是一系列有关选定流域的研究成果，这些选定流域都是水资源竞争较为激烈的流域。美国水资源普查除了能定期地系统地提供有关淡水资源数量、质量和利用方面的数据之外， 还能为公众和决策者带来诸多益处。更好地理解蓄水层的地质构造，将会使公众对水资源的 潜在储量以及由于抽取地下水导致地层下沉

18、所带来的风险有进一步认识。而对各流域地质构 造的进一步认识将有助于建立更好的“降水量-排水量”模型，从而能更好地对水补给、排水 量可变性以及水灾预测等进行评估。有关气候多变性的知识（比如干旱），特别是与历史数 据相结合后，将帮助我们对某个地区发生干旱的次数、程度及持续时间等有更加全面的认识。 关心水资源供应质量的人们将能够得到有关水资源潜在污染物方面的更好信息。了解特定野 生动植物对水资源的要求，将帮助人们预测哪些地方将有可能出现动物携带疾病的现象，或 者风景区的水资源变化将可能对野生动植物的分布形态产生何种影响。通过建立有关河流、地下水测量等有关水文指标的全面综合的实时网络以及水资源质量和生

19、 物测量站，并运用遥感技术（如最新的感受器、卫星、遥感勘测）来加强和扩充它们的功能， 同时运用建立于长期数据记录基础上的分析和模型，结合经过显著改进的水资源使用和需求 方面的信息、各流域和蓄水层的地质构造特征及绘图，可以提供更好的关于美国淡水资源供 应量与水质的状况与趋势方面的信息。这些信息将被包含在实际的分析与模型中（可采用地 理空间和可视化技术、交互式和相关的在线工具，以及其它新技术），这将使各地、各州、 各区的决策者更好地对人类、野生动植物和环境所需的可用水资源量和水质进行预测。对美 国淡水资源供应的最终认识将为决策者提供解决有关环境和人类水资源决策“困境”所需的 工具。USGS可提供量

20、化的、科学的关于水资源数量和质量的可靠信息（比如何时何地需要水 资源），这些信息将使决策者能够灵活地应对来自各方面的挑战，包括：干旱、人口的变化、 农业工业及能源生产需求的变化（以维持健康的环境）、外来物种和原生物种使用水资源的 精确对比、美国水资源质量的变化、对目前不作为资源的水资源（比如咸水、再使用水、沿 海地区近海岸淡水蓄水层）的思考。六、水资源普查的战略行动美国水资源普查系统包括自然和人类水资源循环的所有环节：降水、积雪、土壤湿度、地下 水补给和存储、河流径流、水库蓄水、蒸发、用水以及水利工程基础设施等。目前一些准备 工作已经开展，各机构也已经开始统一行动。一是对美国的自然风景区和不断

21、变化的环境，更加详细地说明它们对生态系统的需求，包括 水资源的数量、质量、时机，以及物种个体、群体和生态系统功能对自然生存环境的要求。 二是对于水资源量、水质和使用的状况与趋势，在时间系列上扩展数据收集的能力，包括生 物区对水资源使用需求数据的收集，并以更加有用的形式使全国的公众和决策者都能获得这 些信息。三是连续地、系统地发布这些知识，并将美国土地覆被与使用的变化绘制在地图上，以更好 地理解土地覆被与使用的变化是如何同人类和环境对水资源的质量、数量和使用需求之间产 生联系。利用在时间系列上的土地覆被与使用数据、气候数据、水资源使用数据以及水文数 据，可以证明土地使用、土地使用活动、气候与水资

22、源使用方面的变化已经使水资源的可用 性和质量发生变化。这些研究将十分有助于确定有关未来决策如何影响水资源的预测模型。 四是通过开发和运用包括地球物理学和遥感学在内的新技术，可以更好地了解整个美国在流 域、地质构造以及地球化学构造方面的特征，包括蓄水层和流域的水资源储备能力以及保持 能力。五是对目前的地下水和流域的模型进行优化，开发和利用新型的建模技术，以便更好地反映 出生态系统的相互作用，更好地表述其不确定性，并对水资源循环的变化进行预测，这样， 自然资源管理者和决策者对他们管理水资源数量和质量的结果可运用经改良的工具进行预 测。六是加强各地、各州、各区以及联邦政府之间的协助合作，为开展全国水

23、资源普查制定跨部 门的国家战略，设计和开展美国水资源普查，定期为这些机构、公民、社区、自然资源管理 者以及决策者提供最新的、连续的信息，其内容波及全国范围内的人类和环境所需水资源的 储备及使用情况，并为他们提供对潜在的土地和水资源使用方面的决策进行评估的预测模型。 七是对现有的监测网络进行整合集成，提供全国统一的地表水、地下水和雪水数据，用水数 据，以及技术设施数据。八是国家水质监测委员会设计了国家水质监测网络，这是全国水资源普查的重要组成部分， 水资源普查将对国家水质监测委员会的监测原则和设计方案进行补充和调整。九是针对全国范围内的水资源、用水以及水利基础设施制定并实施关于数据收集、数据交流 以及数据可用性的标准和方案；十是针对全国地表水、地下水和雪水监测，用水，以及水利基础设施监测等方面的最迫切需 求，确立地区和国家优先项目。此外，USGS在五大湖流域的美国区域启动了一项水资源可用性的试点研究。该试点主要目的 是了解该流域水资源的动态信息，包括地下及地表水的流量和存量，目前拥有多少水资源， 水资源可用性如何变化，以及未来有多少水资源可供我们使用。