美國水資源普查

一、水資源普查的背景

在美國許多地方，即使在水量正常的年份，水資源匱乏與用水爭端也已司空見慣，農(nóng)業(yè)灌溉需要水，城市生活需要水，生產(chǎn)能源需要水，同時還要依法保護環(huán)境和物種的需水。特別是隨著美國的人口中心移向地表水資源有限的沿海地區(qū)以及干旱的西部地區(qū)，水資源短缺現(xiàn)象將頻繁發(fā)生。事實上，在美國與墨西哥邊界部分的西南地區(qū)，由于抽水灌溉，地下水位線已經(jīng)下降很多，致使許多河流（如格蘭德河）時而斷流。水資源依賴于地下水的城市（如亞利桑那州的圖森市）迫切需要知道抽水灌溉還能持續(xù)多久。根據(jù)各州政府委員會的報告（2003年），水資源沖突成為各州所關(guān)注的問題之一。不但部分地區(qū)的水資源出現(xiàn)短缺，而且“沖突還發(fā)生在各州內(nèi)部、州與州之間、州與聯(lián)邦政府之間，發(fā)生在各環(huán)境專家之間以及各州與聯(lián)邦機構(gòu)之間?！鳖A計許多州在未來會出現(xiàn)水資源短缺問題，并對聯(lián)邦政府將如何幫助他們迎接這一挑戰(zhàn)表示關(guān)注（美國審計總署，2003年）。不斷變化的氣候模式對各地區(qū)、各區(qū)域的可用水資源狀況將帶來進一步影響（美國國家科技委員會，2004年）?？捎盟Y源的沖突還可能影響未來對能源或礦業(yè)資源的發(fā)展需求。例如，在干旱地區(qū)，從油頁巖中生產(chǎn)油將耗費大量水資源，這直接與社區(qū)或農(nóng)業(yè)的用水需求產(chǎn)生沖突；而在豐水地區(qū)，沖突可能更多地在于生態(tài)系統(tǒng)對水質(zhì)的需求。除了從可用水量和水質(zhì)兩方面對水資源有要求外，還必須考慮環(huán)境用水因素，比如與水資源密切相聯(lián)的水生魚類、野生動植物以及原生植被等。

隨著水資源問題日益受到人們普遍關(guān)注，為回答全國到底擁有多少淡水資源以及供求量是增加還是下降、美國是否擁有足夠的淡水資源滿足未來人與環(huán)境的需求等重大問題，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）作為負責對美國自然資源（包括水資源和生態(tài)資源）進行科學評估的聯(lián)邦機構(gòu)，受命組織啟動了全國性水資源普查，以摸清水資源家底，掌握水資源變化趨勢。

二、水資源普查提出的經(jīng)過

1978年，美國水資源委員會對全國水資源進行全面評估。時隔三十多年，美國的水資源狀況以及人們的需求已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。為此，2002年，根據(jù)國會的要求，USGS發(fā)布題為《關(guān)于水資源可用性與用途全國性評估的意見》（1223號文件），概述了全國性評估工作的大致框架，提出采用21個水資源區(qū)域作為研究單位開展調(diào)查。2005年，USGS在五大湖流域啟動了水資源可用量的試點研究，主要了解流域水資源的動態(tài)信息，包括地下及地表水的流量和產(chǎn)量，并說明水資源使用數(shù)據(jù)對于確定水資源可用量的重要性。

2006年，美國國家科技委員會（NSTC）執(zhí)行主席Whitney,Gene在費城年會上指出，面對地區(qū)性干旱以及越來越多因水資源供應引發(fā)的沖突，美國人還并不清楚擁有多少水資源，也不清楚需要的水資源量有多大，需要一次全國性的水資源普查。如果不了解地下水和地表水資源供應情況及其隨時間推移而發(fā)生的變化，水資源管理者就無法確定供應量是否能充分滿足未來幾十年內(nèi)的基本需求。雖然有當?shù)?、地區(qū)及全國性機構(gòu)對可用水資源量和水質(zhì)監(jiān)控情況做持續(xù)調(diào)查，但美國仍缺乏對主要流域淡水供應和需求的全面認識。正如國家要了解當前人口、經(jīng)濟活動、農(nóng)業(yè)、能源與公共健康方面的信息一樣，了解一段時間內(nèi)的淡水資源狀態(tài)也有著重要意義。聯(lián)邦機構(gòu)可與州、地區(qū)及當?shù)厮Y源機構(gòu)一起合作，擬定一整套全國性方案，以開展全國水資源普查，也就是說，開展一次對全國地表、地下水及水資源質(zhì)量的定期盤點。這一普查需要開發(fā)并實施一系列數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)通訊及數(shù)據(jù)可用性標準和協(xié)議，用于所有全國性地表水、地下水及水質(zhì)測量和監(jiān)控系統(tǒng)。普查中將利用現(xiàn)有水資源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進行全國統(tǒng)一計量，并將開發(fā)一套方案，確定美國地表及地下水監(jiān)控最高需求中的地區(qū)性及全國性優(yōu)先級。

2007年，美國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布了題為“直面明日挑戰(zhàn)”的十年科學戰(zhàn)略（2007～2017）（1309期），提出六大戰(zhàn)略性科學方向之一就是美國水資源普查——“美國未來所需淡水資源的定量研究、預測和保障”。報告詳細闡述了水資源普查的戰(zhàn)略方向、具體行動以及對未來的展望等內(nèi)容。同年，美國國家科技委員會發(fā)布了題為“維持美國可供水量與水質(zhì)的聯(lián)邦科技戰(zhàn)略”的報告，將水資源普查作為應對挑戰(zhàn)的科技戰(zhàn)略之一，指出：“美國亟需馬上進行一次水資源普查，以說明全國各地的水資源即時狀況及歷時趨勢”。用最簡單的話來說，其指導理念就是“不能定量就無法管理”。了解全國當前的水資源“財產(chǎn)”及利用率，對于實現(xiàn)有效管理意義重大。

三、水資源普查的目標

公眾和決策者需要了解及時而準確的水資源方面的各種信息，以解決水資源問題或者說可能型。水量收支要求更好地了解和測量進入流域或蓄水層的水資源變化、水資源存量以及流出該流域或蓄水層的水資源量。水量收支模型將用來預測水資源量可能發(fā)生的變化，包括流入某流域或蓄水層的水資源量（在更潮濕或更干燥的氣候條件下，或者在流域與蓄水層之間人類利用水資源的方式發(fā)生變化的情況下），或者水資源使用量（用于人類、環(huán)境和野生動植物所需）。

確定對蓄水層的水資源進行何種級別的補給，需更好地了解水資源從地表到地下的運動過程，即所謂的補給過程，為此要求更好地了解水資源下面的地質(zhì)構(gòu)造特征以及地表土壤的滲透性。在流入河流被排走之前，水資源能夠在地表停留多久，或者地表的降水進入地下并對蓄水層進行補給的可能性有多大，這些問題同樣是土地覆被和使用類型的一個功能。這些過程，結(jié)合各種地球化學方面的特點，當水資源在某個流域或蓄水層流動時，同樣是確定在水補給和排放變化中所涉及的水資源的質(zhì)量。因此，通過對環(huán)境因素、水資源需求進行科學地量化研究，以及定期對土地覆被和使用方式等因素的變化情況進行確定，水資源普查將能更好地認識到環(huán)境對水資源的需求與土地覆被和使用之間的聯(lián)系。

任何用于既定目的的可用水資源的數(shù)量都直接與對其質(zhì)量的要求相關(guān)聯(lián)。流域和蓄水層所儲存的水資源可能不適合于人類飲用，但可能適用于其它用途，例如灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電廠冷卻，或者環(huán)境用水。非飲用水作為水資源的一個組成部分，在過去很大程度上被人們忽略，但在水資源普查中，將會被包括在內(nèi)。

當USGS的科學家們分析數(shù)據(jù)并提高對美國水資源各組成部分與淡水資源需求之間聯(lián)系的認識后，美國水資源普查報告的各個部分將會得到仔細推敲，以確保美國的所有可用水資源均被包含在內(nèi)，而且有關(guān)人類和環(huán)境所需淡水資源的數(shù)量與質(zhì)量方面的狀況和趨勢也將得到清晰的展示。

（四）重點研究：以區(qū)域為最小評估單位開展相關(guān)研究

在有些地區(qū)，對水資源的競爭已引起全國性關(guān)注和擔憂。有時，競爭利益是各種不同的人類需求——飲用水、灌溉用水、能源用水、工業(yè)流程用水或其他用水需求。在另外一些情況下，是人類需求與水生生態(tài)系統(tǒng)需求之間的競爭。國家需要對這些區(qū)域進行評估，以全面考察其水資源可用性的水文及生態(tài)狀況。USGS將針對選定流域擬定一系列研究，這些區(qū)域的利益相關(guān)方也迫切希望使用最佳的工具，對其水資源可用性進行全面技術(shù)評估。USGS將與流域內(nèi)的利益相關(guān)方及各相關(guān)機構(gòu)同心攜力，一同部署并執(zhí)行此類研究。

五、水資源普查的成果

全國水資源普查的最終成果將包括：一是建立水文指標數(shù)據(jù)庫（統(tǒng)計指標如上所述），提供全國淡水資源數(shù)量及質(zhì)量基本狀況。二是一份用于評估野生動物及棲息地所需水流的計劃，包括：按照水文生態(tài)類型，對全國溪流進行分類；系統(tǒng)地考察水文變化造成的生態(tài)影響，建立生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、知識以及預測工具；針對各類河流或溪流，建立水流變換與生態(tài)反應之間的關(guān)系。三是一份提供可用水資源信息的申請，這些信息取自具有一定比例的水資源用戶。四是一系列有關(guān)選定流域的研究成果，這些選定流域都是水資源競爭較為激烈的流域。

美國水資源普查除了能定期地系統(tǒng)地提供有關(guān)淡水資源數(shù)量、質(zhì)量和利用方面的數(shù)據(jù)之外，還能為公眾和決策者帶來諸多益處。更好地理解蓄水層的地質(zhì)構(gòu)造，將會使公眾對水資源的潛在儲量以及由于抽取地下水導致地層下沉所帶來的風險有進一步認識。而對各流域地質(zhì)構(gòu)造的進一步認識將有助于建立更好的“降水量-排水量”模型，從而能更好地對水補給、排水量可變性以及水災預測等進行評估。有關(guān)氣候多變性的知識（比如干旱），特別是與歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合后，將幫助我們對某個地區(qū)發(fā)生干旱的次數(shù)、程度及持續(xù)時間等有更加全面的認識。關(guān)心水資源供應質(zhì)量的人們將能夠得到有關(guān)水資源潛在污染物方面的更好信息。了解特定野生動植物對水資源的要求，將幫助人們預測哪些地方將有可能出現(xiàn)動物攜帶疾病的現(xiàn)象，或者風景區(qū)的水資源變化將可能對野生動植物的分布形態(tài)產(chǎn)生何種影響。

通過建立有關(guān)河流、地下水測量等有關(guān)水文指標的全面綜合的實時網(wǎng)絡(luò)以及水資源質(zhì)量和生物測量站，并運用遙感技術(shù)（如最新的感受器、衛(wèi)星、遙感勘測）來加強和擴充它們的功能，同時運用建立于長期數(shù)據(jù)記錄基礎(chǔ)上的分析和模型，結(jié)合經(jīng)過顯著改進的水資源使用和需求方面的信息、各流域和蓄水層的地質(zhì)構(gòu)造特征及繪圖，可以提供更好的關(guān)于美國淡水資源供應量與水質(zhì)的狀況與趨勢方面的信息。這些信息將被包含在實際的分析與模型中（可采用地理空間和可視化技術(shù)、交互式和相關(guān)的在線工具，以及其它新技術(shù)），這將使各地、各州、各區(qū)的決策者更好地對人類、野生動植物和環(huán)境所需的可用水資源量和水質(zhì)進行預測。對美國淡水資源供應的最終認識將為決策者提供解決有關(guān)環(huán)境和人類水資源決策“困境”所需的工具。USGS可提供量化的、科學的關(guān)于水資源數(shù)量和質(zhì)量的可靠信息（比如何時何地需要水資源），這些信息將使決策者能夠靈活地應對來自各方面的挑戰(zhàn)，包括：干旱、人口的變化、農(nóng)業(yè)工業(yè)及能源生產(chǎn)需求的變化（以維持健康的環(huán)境）、外來物種和原生物種使用水資源的精確對比、美國水資源質(zhì)量的變化、對目前不作為資源的水資源（比如咸水、再使用水、沿海地區(qū)近海岸淡水蓄水層）的思考。

六、水資源普查的戰(zhàn)略行動

美國水資源普查系統(tǒng)包括自然和人類水資源循環(huán)的所有環(huán)節(jié)：降水、積雪、土壤濕度、地下水補給和存儲、河流徑流、水庫蓄水、蒸發(fā)、用水以及水利工程基礎(chǔ)設(shè)施等。目前一些準備工作已經(jīng)開展，各機構(gòu)也已經(jīng)開始統(tǒng)一行動。

一是對美國的自然風景區(qū)和不斷變化的環(huán)境，更加詳細地說明它們對生態(tài)系統(tǒng)的需求，包括水資源的數(shù)量、質(zhì)量、時機，以及物種個體、群體和生態(tài)系統(tǒng)功能對自然生存環(huán)境的要求。

二是對于水資源量、水質(zhì)和使用的狀況與趨勢，在時間系列上擴展數(shù)據(jù)收集的能力，包括生物區(qū)對水資源使用需求數(shù)據(jù)的收集，并以更加有用的形式使全國的公眾和決策者都能獲得這些信息。

三是連續(xù)地、系統(tǒng)地發(fā)布這些知識，并將美國土地覆被與使用的變化繪制在地圖上，以更好地理解土地覆被與使用的變化是如何同人類和環(huán)境對水資源的質(zhì)量、數(shù)量和使用需求之間產(chǎn)生聯(lián)系。利用在時間系列上的土地覆被與使用數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、水資源使用數(shù)據(jù)以及水文數(shù)據(jù)，可以證明土地使用、土地使用活動、氣候與水資源使用方面的變化已經(jīng)使水資源的可用性和質(zhì)量發(fā)生變化。這些研究將十分有助于確定有關(guān)未來決策如何影響水資源的預測模型。

四是通過開發(fā)和運用包括地球物理學和遙感學在內(nèi)的新技術(shù)，可以更好地了解整個美國在流域、地質(zhì)構(gòu)造以及地球化學構(gòu)造方面的特征，包括蓄水層和流域的水資源儲備能力以及保持能力。

五是對目前的地下水和流域的模型進行優(yōu)化，開發(fā)和利用新型的建模技術(shù)，以便更好地反映出生態(tài)系統(tǒng)的相互作用，更好地表述其不確定性，并對水資源循環(huán)的變化進行預測，這樣，自然資源管理者和決策者對他們管理水資源數(shù)量和質(zhì)量的結(jié)果可運用經(jīng)改良的工具進行預測。

六是加強各地、各州、各區(qū)以及聯(lián)邦政府之間的協(xié)助合作，為開展全國水資源普查制定跨部門的國家戰(zhàn)略，設(shè)計和開展美國水資源普查，定期為這些機構(gòu)、公民、社區(qū)、自然資源管理者以及決策者提供最新的、連續(xù)的信息，其內(nèi)容波及全國范圍內(nèi)的人類和環(huán)境所需水資源的儲備及使用情況，并為他們提供對潛在的土地和水資源使用方面的決策進行評估的預測模型。

七是對現(xiàn)有的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進行整合集成，提供全國統(tǒng)一的地表水、地下水和雪水數(shù)據(jù)，用水數(shù)據(jù)，以及技術(shù)設(shè)施數(shù)據(jù)。

八是國家水質(zhì)監(jiān)測委員會設(shè)計了國家水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，這是全國水資源普查的重要組成部分，水資源普查將對國家水質(zhì)監(jiān)測委員會的監(jiān)測原則和設(shè)計方案進行補充和調(diào)整。

九是針對全國范圍內(nèi)的水資源、用水以及水利基礎(chǔ)設(shè)施制定并實施關(guān)于數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)交流以及數(shù)據(jù)可用性的標準和方案；

十是針對全國地表水、地下水和雪水監(jiān)測，用水，以及水利基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測等方面的最迫切需求，確立地區(qū)和國家優(yōu)先項目。

此外，USGS在五大湖流域的美國區(qū)域啟動了一項水資源可用性的試點研究。該試點主要目的是了解該流域水資源的動態(tài)信息，包括地下及地表水的流量和存量，目前擁有多少水資源，水資源可用性如何變化，以及未來有多少水資源可供我們使用。該試點研究還希望說明水資源利用數(shù)據(jù)對于量化可用水資源的重要程度。該項試點研究包括地表水流量和儲量、水資源利用分析等內(nèi)容。利用90年間收集的數(shù)據(jù)，分析徑流量和降雨量趨勢；根據(jù)不同水資源利用類型建立水資源消耗型利用因數(shù)；對水資源開發(fā)提供實時評估技術(shù)，并建立了水文樣本模型和評估工具。

七、下一步行動計劃

USGS將于2009年秋季發(fā)布一份實施計劃，具體部署全國水資源普查的辦法。在此計劃中，USGS將會涉及：一是把將現(xiàn)行計劃和立法委任權(quán)歸并到同一戰(zhàn)略中。二是整合USGS與美國內(nèi)政部現(xiàn)在進行的科學成果，為解決水資源可用性問題提供更多資源。三是設(shè)計回答問題的計劃：美國是否擁有儲量充足且質(zhì)量合格、時間參數(shù)相吻合的水資源以滿足人類和生態(tài)系統(tǒng)的需求，這類水資源能否滿足當前及未來需求等。

全國水資源普查將利用和依賴各州和地方獲取的數(shù)據(jù)和評價，以及其他計劃取得的信息：一是全國水資源質(zhì)量評估計劃，旨在說明水質(zhì)和水量之間的聯(lián)系，以及限制水資源可用性的水質(zhì)受損程度。二是地區(qū)性地下水可用性研究，該項目將提供一些關(guān)鍵信息，包括水資源儲量的補充、產(chǎn)出和變化，地下水指標趨勢，