本世纪中叶前,如果美国政府不进行有效的大规模、长距离调水。密西西比河以西、落基山以东的广袤农牧地带可能会迎来人类历史上最大规模的粮食减产。如果该地区地下含水层被抽完,美国可能会减产1亿吨粮食。如今牛羊遍野的德州、内布拉斯加州的大农场将回归19世纪时戈壁遍野的环境。美国小麦核心区极其依赖奥加拉拉含水层,但是地下水总有抽取完的一天
中美水资源分布的差异
美国的水资源相对中国来说是高得多的。美国的水资源也非常丰富,其总量为29702亿立方米,人均水资源量接近12000立方米(我国是2000),属于水资源较为丰富的国家。
不过美国的人口经济在东西两侧。最大的水系密西西比、哥伦比亚、科罗拉多河主干道都和人口、经济核心区比较远。这个就远远不如我国的长江、珠江水系了。
红框标注的灌溉农业带大部分需要抽取地下水
密西西比河水网密布,但是主要流域不是美国经济核心区
我国的的长江、珠江水系、水量充沛。而且是同一纬度且高度自西向东依次降低,航运也很发达。我国经济、人口最密集的省份也集中在此。甚至就调水的条件也比美国好。南水北调的中线的汉江水从湖北到华北可以依靠两地的高度差顺流而下。
我国长江流域几乎涵盖了中东部经济、人口核心区
美国就悲催一些了,密西西比河的流量是长江的的2/3,流域面积确大得多。落基山脉到密西西比河的广阔灌溉区,这里的海拔比河流要高,没办法修自流渠。
美国式调水自救
美国水资源分布不均的情况。美国人自己是做过很多工作的。
比如科罗拉多河,占据上游的美国几乎把该河截留了,只有3%的水流到墨西哥,还是在环保组织的呼吁下,为了三角洲不造成生态灾难给墨西哥人留的。
美国人几乎把科罗拉多河用尽,没有给墨西哥留一点水
上个世纪美国人还能大干基建时,几乎榨干了这条河的自然潜力。
从1922年开始,美国开始从上到下逐级修建水坝。最著名就是胡佛大坝,胡佛大坝,形成了汇水区长185公里,宽1.6到16公里不等,面积590Km²的大型水库,库容量(能蓄水的总量)达到350亿m³,叫米德湖,是美国第一大水库。第二大水库鲍威尔湖,也在科罗拉多河上。
胡佛大坝
除此之外还修了11个干流水库(各支流还修了95个水库)和32项国家灌溉工程。经过这些年建设,科罗拉多河基本成了连续的水库。
美国人有多狠,科罗拉多河年净流量一共是192亿立方米。但这些水库加起来有740亿立方米蓄水量,也就是说光要蓄积满这些水库,科罗拉多河要整整攒4年的流量。
最缺水的西南七州只有一条科罗拉多河还算大河,年净只有流量200亿。太平洋沿岸,美国经济总量最大的加州人口4000多万,也非常缺水。
加州的北水南调
加州内部也搞过调水,就是举世闻名的加州调水工程,这项工程今天还在滋养加州谷地的农庄。
今天加州中央谷地缺水依然厉害,人们也在讨论二次调水可能性。
如今横跨美国多州的奥加拉拉(Ogallala)含水层,因为上百年的集中抽取早就入不敷出。这里的蓄水层属于砂岩结构,在从德克萨斯州西北到南达科塔州的地下绵延了58万平方公里。雨水和融雪自几十万年前便开始在奥加拉拉蓄积。
奥加拉拉(Ogallala)含水层的问题,美国专家心知肚明
目前水层年消耗量约为 12-15立方公里,补给率仅约 0.3立方公里/年。
奥加拉拉蓄水层和我们华北曾经面临的问题是一样的。美国的农场主在1930年代只要打10米的井就能出水,如今平均要达到40~60米。
郁郁葱葱的玉米地,依赖的都是大自然百万年的积蓄
“密西西比河以西、落基山以东”广袤高平原在未来 20–30 年因奥加拉拉(Ogallala)含水层枯竭而出现 30–50% 粮食减产的风险,但联邦政府层面从未真正推进过“跨流域、长距离、大规模”调水工程,已有的动作主要集中在节水、就地替代水源和州级地下水管控。
比如1972 年起,内布拉斯加州把高平原划成 23 个“自然资源区划”,实行地下水开采许可证和年度配额,建立水权市场,对超采区强制减泵。
近期的联邦《农业提升法案》2019-2023 年把“资源保护”预算净增 5.55 亿美元,用于 EQIP(环境质量激励项目)对滴灌、激光平地、传感器等节水设备给予 50–75% 补贴。这点钱其实是杯水车薪。
目前大部分是各州内部的“自救”。西部 10 州已建水库 348 座、泵站 267 座、干支渠道 21.6 万 km,但 80% 属于“支渠—农场”尺度,年调水量不足 50 亿 m³,远不到奥加拉拉年超采量(约 120–150 亿 m³)的一半。
按照资本主义的逻辑,要不要修引水渠得算经济账。
目前就奥加拉拉含水层上方八州(TX、KS、NE、CO、OK、NM、SD、WY)灌溉+旱作合计,近年大约贡献。
全美 20% 的小麦(≈ 500 万 t(吨))
全美 19% 的玉米(≈ 3 300 万 t)
全美 40% 的高粱(≈ 270 万 t)
全美 25% 的棉花(≈ 70 万 t )
全美 50% 的育肥牛饲料(折算谷物约 1 400 万 t)
主粮、饲料全部折成“谷物当量”,一年约 5 500–6 500 万 t,相当于全美谷物总产的 18–20% 。
利用机井集中灌溉的美国西部大农场
经济产值口径算整个灌区一年农业产值约 350 亿美元。若把旱作部分也计入,奥加拉拉区域年农业总产值 ≈ 550–600 亿美元。范围扩大一点把奥加拉拉水层外围同样缺水的州的农业产出算上,也就8~9000万t,800多亿的产值。
而美国2023年的合法 大 麻销售额已经300亿,2030预计超过1000亿。整个西部农业州的农业产值未来不及卖 叶 子。国会的老爷们会怎么算这笔账?
北美的“叶子”商店
美国搞大型调水工程,没门!
即使国会老爷发善心了,觉得为了子孙后代要把水留住。决定长距离引水,那么工程开始才会发现这是万里长征第一步。
美国的地势,大部分缺水的地区在海拔较高处
美国要搞调水最大的工程问题是要从低处往高处调水,而且根据目前消耗看。一年的调水量要达到200~300亿立方米以上才能缓解含水层的消耗。
拿我国的南水北调中线作对比,丹江口水库的水是可以直流到北京的,沿路在根据各省的需要分渠引水。这已经是中国目前最大的引水工程了。一年的调水量在80~100亿之间。
不论是从密苏里河还是哥伦比亚河调水都要泵水到高处
考虑到今天美国的工程能力,3倍于中国南水北调调水量,后期还有海量的泵站耗电、各级管网的维护,想想都一脑袋包。
再考虑一下美国今天特殊的国情,更是绝望。
美国水权实行“沿岸优先”或“先占即得”混合制,跨州河流由流域契约(Compact)管理。任何外调水都会触发下游州“水量减少、水质恶化”诉讼,平均官司周期 15–20 年。想要修渠道,先要把各州吃诉讼饭的精英律师的钱包填满。
美国的律师行业耗费了大量社会冗余和时间
此外联邦《清洁水法》《濒危物种法》要求对每一条河流做环评。哥伦比亚河有 13 种洄游鲑鱼、各州法院可轻易发出停工禁令。这又是扯皮的地方。
最后才是工程维护,不论从密西比河还是哥伦比亚调水,两条线路都要 1000 m以上抬高,一年泵水可能要耗电 2000~3000亿度(≈ 3 座三峡的发电量)。
而美国的电网已经有15年停留在4万亿这个规模了,要拿5~7%电去调水恢复生态。国会老爷不会同意的。何况目前AI训练大热,很多电都被用于服务器了。把电用到这里更是天方夜谭。
美国AI训练缺电,很多大厂都自建电站
最后说一下远期的收益,即使环评、法律纠葛甚至工程计划都顺利。调水工程产生收益期得 50–70 年,要2代人时间才能看到含水层的好转。这个时间远超 2–4 年一届的国会预算周期。
即使能通过某一次国会立项,可能从早期征地就要受阻。最后拖拖拉拉十几年一公里水渠都修不好,而且还要花掉大笔的钱。最后搞成一个“史密斯专员”的工程。
比如加州高铁就是前车之鉴,这个奥巴马时代就开始的工程,至今花了70亿美元,但是成果就是这么一截高架。这样的工程如果发生在中国,一批人要去吃牢饭。
花出去70亿的加州高铁
所以就目前美国的国家动员能力来说,可能最多看到各个州内部小范围调水。奥加拉拉水层一定会耗尽。
最后最有可能的是1、2代人后人类将首次见证一个国家1亿吨以上的粮食减产。不过到了那时估计也不会对美国造成结构性冲击,现在的5亿吨粮食即使减产到3亿多吨,养活3亿多人还是没啥问题的。