基于VAR模型的水資源利用與經濟增長關系研究

許永欣，馬 駿，2，3*

(1.河海大學 商學院，江蘇 南京 211100；2.南京大學 理論經濟學博士后流動站，江蘇 南京 210093；3.江蘇省水資源與可持續發展研究中心，江蘇 南京 210098)

基于VAR模型的水資源利用與經濟增長關系研究

許永欣1，馬 駿1，2，3*

(1.河海大學 商學院，江蘇 南京 211100；2.南京大學 理論經濟學博士后流動站，江蘇 南京 210093；3.江蘇省水資源與可持續發展研究中心，江蘇 南京 210098)

基于1997～2014年水資源利用和國內生產總值的相關數據，構建了水資源利用與經濟增長的VAR模型，通過單位根檢驗、Granger因果檢驗、脈沖響應分析和方差分解分析，探索了中國水資源利用和經濟增長之間的內在依存關系。研究結果表明：(1)水資源利用和經濟增長之間存在單向因果關系且存在長期動態關系，水資源是推動經濟增長的重要因素；(2)農業、工業和生活用水對經濟增長的貢獻度不同。建議改善水資源利用結構和提高水資源利用效率，進而促進經濟的可持續發展。

水資源利用；經濟增長；VAR模型

水資源是基礎性的自然資源和戰略性的經濟資源，全面建設節水型社會，實現水資源的高效利用、合理配置和可持續發展是21世紀中國國家發展的重要戰略。而水資源短缺逐漸成為制約經濟發展和威脅人類生存的重要因素。雖然中國水資源總量位居世界第四，但是由于中國人口眾多，人均水資源占有量一直處于較低水平，2014年人均水資源占有量為1998.6 m3，僅為世界平均水平的1/4，而且時間空間分布嚴重不平衡。隨著經濟社會的快速發展，我國水資源使用量不斷增加，2014年中國總用水量達到了6094.9億m3，比2000年增長了11%，其中農業、工業和生活用水比例分別為63%、22%和13%，各行業之間的用水矛盾日益突出。如何統籌協調各行業用水需求、提高水資源利用效率并保障經濟社會可持續發展是亟需解決的問題。

基于此，本文選取國內生產總值、農業用水量、工業用水量和生活用水量為衡量指標，以1997～2014年的數據為基礎，構建了面板VAR模型，通過單位根檢驗、Granger因果檢驗、脈沖響應分析和方差分解分析等，探索了我國水資源利用和經濟增長之間的內在因果關系，并為水資源利用和經濟增長之間協調發展提出了相關建議。

1 文獻回顧

近年來，水資源利用問題受到國內外的廣泛關注，其研究主要涉及水資源承載力、水資源配置、水資源供需和水資源污染治理等方面。Brown等[1]研究了水資源短缺對中國經濟發展的影響。Howe[2]定性分析了水資源利用對經濟增長的促進作用和靜態關系。

國內學者對水資源利用問題進行了較多研究。在水資源供需分析中，郭瑋[3]主要介紹了修建蓄水工程、引水工程、合理開發地下水等措施對于解決水資源短缺的重要性；秦長海[4]、鐘帥[5]、嚴冬[6]等通過構建CGE模型分析了水資源價格變動和水價改革對水資源供應、使用和國民經濟的影響，結果表明，提高水價可以有效地降低水資源使用量，對緩解水資源短缺、減少由于水資源過度開發導致的水資源耗減和水環境退化問題具有積極作用。由于中國地域遼闊而且是農業大國，面臨著水資源在空間上、時間上的分布不均衡以及用水結構不均衡的現狀，所以國內學者對我國水資源分布和配置進行了較多的研究。王飛等[7]利用VAR模型分析了經濟產出、水資源消費和相應水價之間的變動關系，提出利用水價杠桿進行水資源配置。張吉輝等[8]通過計算各地區水資源與人口、面積和GDP等經濟發展要素的基尼系數，研究了我國水資源分布、配置與經濟發展要素匹配關系的時間演變規律。另外，水污染加劇了水資源的供需矛盾，近年來受到了廣泛關注。沈大軍[9]、陳雯[10]、金艷鳴[11]等分別分析了征收水資源費、水污染稅和排污染交易等對污染物減排和經濟產生的影響，結果表明，征收水污染稅會造成宏觀經濟受損，但是會減少重金屬、氨氮和化學需氧量等污染物的排放，而跨區域排污權交易比區域內排污權交易更能緩解減排約束帶來的經濟負面影響，且有利于促進高能耗部門提高能源使用效率。本文構建了AR模型探索水資源利用和經濟增長之間的關系，以及如何實現經濟的可持續發展。

2 數據來源與研究方法

2.1 變量選取和數據來源

本文主要分析水資源利用和經濟增長之間的關系，我國水資源的使用主要分為農業、工業、生活和生態用水，其中生態用水占比較小且近幾年剛分開單獨核算，所以在不考慮生態用水影響的情況下，僅選取農業用水(AW)、工業用水(PW)和生活用水(LW)作為水資源利用的衡量指標。另外，GDP是一個國家或地區的經濟在一定時間內生產的全部產品和服務的價值，可以較好地衡量一個國家的經濟狀況，所以選取GDP作為經濟增長的衡量指標。

數據的樣本區間為1997～2014年，主要來源于歷年的《中國統計年鑒》和《中國水資源公報》。此外，為了避免數據異方差的存在，需要對數據進行對數化處理，分別命名為lnGDP、lnAW、lnPW和lnLW。

2.2 研究方法

向量自回歸(Vector Auto Regression,簡稱VAR)模型是分析因變量對另一個或多個解釋變量的統計依賴關系，被用來分析和預測宏觀經濟活動，并追蹤政策變化和外部刺激對經濟系統的影響，已經成為現代研究中的一個主要工具[12]。本文以1997～2014年數據為基礎建立VAR模型，通過單位根檢驗、Granger因果檢驗、脈沖響應分析和方差分解分析等，探索了我國水資源利用和經濟增長之間的關系。具體模型設定如下：

(1)

式(1)中，t為觀測期；p為滯后期數；α、βi、βj、βm、βn分別為待估參數，表示解釋變量對因變量影響的大小；εt為模型的隨機擾動項。

3 實證研究

3.1 單位根檢驗

基于時間序列數據的經驗研究，假定所依據的時間序列是平穩的，而且數據不平穩會導致“偽回歸”的現象以及各項統計檢驗無意義，所以需要先檢驗數據的平穩性，即單位根檢驗。本文采用ADF檢驗(Augmented Dickey-Fuller Test)，結果如表1所示。

結果表明，在10%的置信水平所有變量的原序列均是不平穩的，一階差分以后均為平穩序列。

3.2 Granger因果檢驗

Granger因果檢驗主要是分析一個變量的滯后項是否對其他變量能夠產生影響，若一個變量受到其他變量滯后項的影響，則稱兩者之間存在Granger因果關系。

表1 變量的單位根檢驗結果

注：D表示一階差分。

由表2可知，在滯后階數分別為1、2階時，農業用水量(lnAW)均是國內生產總值(lnGDP)的Granger原因，而工業用水量(lnPW)和生活用水量(lnLW)在滯后1、2、3階的情況下均是國內生產總值(lnGDP)的Granger原因。相反地，在滯后1、2、3階的情況下，國內生產總值(lnGDP)均不是農業用水量(lnAW)、工業用水量(lnPW)和生活用水量(lnLW)的Granger原因，即國內生產總值(lnGDP)是弱外生的。由此可知，國內生產總值(lnGDP)與農業用水量(lnAW)、工業用水量(lnPW)和生活用水量(lnLW)之間僅存在單向的因果關系，國內生產總值對水資源利用的影響不明顯，而水資源利用卻可以影響經濟增長，因此，必須合理有效地利用水資源，維持經濟的可持續發展。

表2 水資源利用與經濟增長Granger因果檢驗結果

3.3 VAR方程構建與分析

為了進一步分析水資源利用和經濟增長之間的關系，本文構建了如下VAR模型，考慮到自由度和滯后階數之間的均衡，本文選定滯后階數為2，具體形式如式(2)所示：

(2)

式(2)中，方程的系數表示相應滯后期的相應變量每變化一個單位，國內生產總值會變化幾個單位。

此外，需要通過單位圓檢驗VAR方程的有效性，落入圓內的點越多，則VAR方程越有效，實證結果如圖1所示。從結果可以看出，本文建立的VAR方程是非常有效的。

圖1 單位圓檢驗

3.4 脈沖響應分析

脈沖響應主要是分析當某個變量受到外部沖擊時會對其他變量產生多大的影響，可以用來分析水資源利用和經濟增長之間的動態影響關系，本文將沖擊響應期設為10期，實線表示脈沖響應函數，虛線表示政府兩倍標準差偏離帶，具體結果如圖2所示。

3.4.1 農業用水與經濟增長的關系 由圖2可知，當對農業用水(lnAW)施加一個單位標準差的正向沖擊后，對經濟增長(lnGDP)有負向影響且逐漸增加，當期反應為0，到第6期達到最大值(-0.03987)，隨后影響開始減弱。整個分析期內，lnGDP對lnAW的累積響應值為-0.264，表明農業用水量的變動對經濟增長產生負面影響。

圖2 農業用水與經濟增長脈沖響應曲線

3.4.2 工業用水與經濟增長的關系 由圖3可知，當對工業用水(lnPW)施加一個單位標準差的正向沖擊后，對經濟增長(lnGDP)先是產生正向影響且逐漸增加，第2期達到最大值(0.0225)，隨后開始下降，在第5期以后變成負向影響，第7期(-0.0057)以后逐漸趨于平緩。在整個分析期內，lnPW對lnGDP的累積響應值為0.0726，表明工業用水量變化對經濟增長產生正面影響。

3.4.3 生活用水與經濟增長的關系 由圖4可知，當對生活用水(lnLW)施加一個單位標準差的正向沖擊后，對經濟增長(lnGDP)有正向影響且逐漸增加，當期反應值為0，第7期達到最大值(0.0566)，隨后趨于平穩。在整個分析期內，lnGDP對lnLW的累積響應值為0.3793，表明生活用水變化對經濟增長產生正面影響，而且影響較大。

圖3 工業用水與經濟增長脈沖響應曲線

圖4 生活用水與經濟增長脈沖響應曲線

3.5 方差分解分析

方差分解主要是分析某個內生變量沖擊對內生變量變化的貢獻度，分析其對其他內生變量的影響程度，進而評價不同結構沖擊的重要性。本文方差分解結果如表3所示。

從表3可以看出：(1)國內生產總值增長的波動主要來自于自身的沖擊，第1期和第2期的方差貢獻率分別達到100%和74%，隨后幾期的貢獻率趨于平穩且均大于40%；(2)農業用水、工業用水和生活用水對國內生產總值的方差貢獻率分別在20%、30%和5%左右，即國內生產總值預測方差的20%可由農業用水量的變動來解釋，30%可由工業用水量的變動來解釋，5%由生活用水量的變動來解釋，從而可以看出農業用水和工業用水對國內生產總值的影響較大。

4 結論

本文以1997～2014年中國水資源利用與經濟增長的時間序列數據為基礎建立VAR模型，通過單位根檢驗、Granger因果檢驗、脈沖響應和方差分解等，實證分析了水資源利用和經濟增長之間的關系，得出以下結論和建議。

表3 VAR模型方差分解結果

(1)由Granger因果檢驗和脈沖響應分析可以得出水資源利用和經濟增長之間存在單向因果關系且存在長期動態關系，即水資源利用的變動可以影響經濟增長。其中，農業用水量對經濟增長有負向作用，工業用水量和生活用水量對經濟增長有正向作用，農業用水量和生活用水量對經濟增長的影響相對較大。現階段我國農業仍然是粗放式發展，工業化處于中期階段，水資源浪費情況嚴重，隨著用水量的增加，水資源損耗量也不斷增加，容易造成水資源短缺，進而制約經濟增長。建議通過提高水價、收取水資源費以及相應的節水措施等提高水資源利用效率，以達到經濟發展用水量的零增長乃至負增長的目標。

(2)方差分解結果顯示，農業、工業和生活用水對國內生產總值的方差貢獻率分別在20%、30%和5%左右，其中農業用水和工業用水影響較大。由統計數據可知，農業、工業和生活耗水率差別較大，2014年農業、工業和生活耗水率分別為65%、23%和43%。因此可以通過改變用水結構，統籌協調農業、工業和生活用水，合理配置水資源，在保證生活用水的同時，優化配置生產經營用水，這樣可以減少水資源損耗，提高水資源利用效率，進而有效促進經濟增長。

[1] Brown L R, Halweil B. China’s water shortage could shake world food security[J]. World Watch, 1998, 11(4): 10-16.

[2] Howe C W. Water Resources and Regional Economic Growth in the United States,1950～1960[J]. Southern Economic Journal, 1968, 34(4): 477.

[3] 郭瑋.國外水資源開發利用戰略綜述[J].經濟研究參考,2001(49):58-62.

[4] 秦長海,甘泓,賈玲，等.水價政策模擬模型構建及其應用研究[J].水利學報,2014,45(1):109-116.

[5] 鐘帥,沙景華,沈鐳，等.城市化背景下不同水資源定價系統對中國宏觀經濟的影響模擬研究[J].資源科學,2015,37(12):2421-2429.

[6] 嚴冬,周建中.水價改革及其相關因素的一般均衡分析[J].水利學報,2010,41(10):1220-1227.

[7] 王飛,宋佳麗,馬明衛.經濟產出、水資源消費和水價的時變關系：基于江蘇省情況的分析[J].價格理論與實踐,2013(8):50-51.

[8] 張吉輝,李健,唐燕.中國水資源與經濟發展要素的時空匹配分析[J].資源科學,2012,34(8):1546-1555.

[9] 沈大軍.水資源費征收的理論依據及定價方法[J].水利學報,2006,37(1):120-125.

[10] 陳雯.中國水污染治理的動態CGE模型構建與政策評估研究[D].長沙：湖南大學,2012.

[11] 金艷鳴,雷明.二氧化硫排污權交易研究：基于資源—經濟—環境可計算一般均衡模型的分析[J].山西財經大學學報,2012(8):1-10.

[12] 古扎拉蒂,費劍平、孫春霞.計量經濟學基礎(第四版)[M].北京：中國人民大學出版社,2005.

(責任編輯：管珊紅)

Study on Relationship between Water Resource Utilization and Economic Growth Based on VAR Model

XU Yong-xin1, MA Jun1,2,3*

(1. School of Business, Hohai University, Nanjing 211100, China; 2. Postdoctoral Research Station of Theoretical Economics, Nanjing University, Nanjing 210093, China; 3. Water Resources and Sustainable Development Research Center of Jiangsu Province, Nanjing 210098, China)

Based on the data of water resource utilization and gross domestic product from 1997 to 2014, the author built an VAR model describing the relationship between water resource utilization and economic growth, and explored the inherent dependence relationship between water resource utilization and economic growth of China through the unit root test, Granger causality test, pulse response analysis and variance decomposition analysis. The results showed that there was a one-way causal relationship and a long-term dynamic relationship between water resource utilization and economic growth, and water resource was an important factor promoting the growth of economy. Agricultural water, industrial water and domestic water had different contribution degrees to the economic growth. It is suggested that improving the structure of water resource utilization, and enhancing the efficiency of water resource utilization to promote the sustainable development of economy.

Water resource utilization; Economic growth; VAR model

2016-09-11

江蘇省社會科學基金項目“蘇北地區湖泊保護戰略研究”(12EYB008)；江蘇省博士后科研基金項目“蘇北地區湖泊保護 與經濟發展協同機理與路徑”(1202087C)；中央高校基本科研業務費項目“水利風景區水利旅游功能差異及影響因素研 究”(2015B10114)。

許永欣(1990—)，女，江蘇宿遷人，碩士研究生，研究方向：人口、資源與環境經濟學。*通訊作者：馬駿。

C812

A

1001-8581(2017)02-0104-04