美国水资源普查

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（2007～2017）（1309期），提出六大战略性科学方向之一就是美国水资源普查——“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，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）。

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。该试点研究还希望说明水资源利用数据对于量化可用水资源的重要程度。该项试点研究包括地表水流量和储量、水资源利用分析等内容。利用90年间收集的数据，分析径流量和降雨量趋势；根据不同水资源利用类型建立水资源消耗型利用因数；对水资源开发提供实时评估技术，并建立了水文样本模型和评估工具。

七、下一步行动计划

USGS将于2009年秋季发布一份实施计划，具体部署全国水资源普查的办法。在此计划中，USGS将会涉及：一是把将现行计划和立法委任权归并到同一战略中。二是整合USGS与美国内政部现在进行的科学成果，为解决水资源可用性问题提供更多资源。三是设计回答问题的计划：美国是否拥有储量充足且质量合格、时间参数相吻合的水资源以满足人类和生态系统的需求，这类水资源能否满足当前及未来需求等。

全国水资源普查将利用和依赖各州和地方获取的数据和评价，以及其他计划取得的信息：一是全国水资源质量评估计划，旨在说明水质和水量之间的联系，以及限制水资源可用性的水质受损程度。二是地区性地下水可用性研究，该项目将提供一些关键信息，包括水资源储量的补充、产出和变化，地下水指标趋势，