在 20 世纪 70 年代末，美国环境保护署在水环境保护方面提出了更高的目标要求水环境质量管理不仅关注污染控制问题 还要关注水生态系统的结构与功能的保护,这就需要一个能够反映水生态系统空间特征差异的管理体系,它不仅能够指导水质管理，而且能为水生态完整性标准的制定提供依据,实现从水化学指标向水生态指标管理的转变,其采取的分区方法主要是 Omernik 的生态分区。Omernik 提出“生态陆地分类是一个地球表面生态特征地区描述与划分的过程,每个地区可以被看成不连续的系统,其原因在于地质、地形、土壤、植被、气候水及人因素的相互影响,以及这些因素的任一个或大多数的优势随着生态陆地单元的变化而变化 ;这种陆地分类的方法基于比例尺的变化可以被应用于从确定范围的生态系统到广阔的生态系统”的理念,于 1987 年第一次出版了北美 1:7 500 000比例尺的生态分区图,用 4 级体系对北美进行划分。
美国环境保护署的水生态区划方案已从过去的 3 级体系发展到 5 级体系。其中，级和二级层次分别将北美大陆划分为 15 个和 52 个生态区 :在三级层次上美国大陆被划分为 84 个水生态区,阿拉斯加州被划分为 20 个生态:四级层次是在三级生态区基础上由各州进行划分的 ;五级层次是区域景观水平的水生态区划分目前.四级区划工作在美国冬州正在开展,五级层次区划仅在个别区域开展,最终目标是在每个州都完成四级区划。在实际应用中,根据数据分析的要求,可以在不司的层次上对水生态区进行重新集合,如在美国国家营养物基准制定中三级生态区被集合成 14 个区域。
美国环境保护署以 4 个区域性特征指标为基础进行三级生态区划，具体包括土地利用、土壤、自然植被和地形,它们被认为是影响水生态系统特征的关键性因奈,能够反映水生态系统与周围陆地生态系统的相关关系。这些环境要索之间是相互关联的。例如，气候和地貌影响着土壤构成，土壤类型和气候进一步影响植被类型植被类型反过来也影响土壤类型,这些因素又都对土地利用方式有所作用它们共同决定着水生态系统的空间类型。但是在不同的区域这些因素的相作用不同,因此需要对其进行具体分析,才能判断出主要的影响要素。因此,美国水生态区划分的最大特点就是没有全国统一的划分标准。在三级区划的基础上,各州开始利用更大精度的数据来划分四级区,以反映水体的特殊环境特性。四级区的划分主要是根据三级生态区内的气候、地质、土地利用、土壤、植被及地表水质等指标的差异进行划分。例如,在西弗吉尼亚州的阿巴拉契亚山脉山脊和山谷生态区 ,采用高程、电导率和水温 3 个指标将其划分为石灰岩山谷、页岩山谷、砂岩山脊、砂岩岩床山脊 4 种类型亚区,并且 4 种类型区并不连续,而是相互交错在一起。美国环境保护署生态区边界最初是以定性分析的方法进行确定的，具体是首先对 4 个特征因素的专题图进行吞置和比较,确定 4 个因素的空间特点和关系,在权衡各个因素的重要性之后确定水生态区的潜在范围,然后结合专家经验最终确定区域边界。该方法的优点在于能够将主导因子和专家意见相综合;缺点在于该方法是非定量化的,不具有可重复性。随着 GIS 技术的发展,美国各州逐渐开始采用定量化的区划技术方法,对原有的生态区划边界进行重新确定,如 Host 等于1996 年采用多变量空间统计分析方法对威斯康星州西南部进行了区划边界的重新确定,与手工区划结果相比精度提高了 45%。