基于VAR模型的水资源利用与经济增长关系研究

许永欣，马 骏，2，3*

(1.河海大学 商学院，江苏 南京 211100；2.南京大学 理论经济学博士后流动站，江苏 南京 210093；3.江苏省水资源与可持续发展研究中心，江苏 南京 210098)

基于VAR模型的水资源利用与经济增长关系研究

许永欣1，马 骏1，2，3*

(1.河海大学 商学院，江苏 南京 211100；2.南京大学 理论经济学博士后流动站，江苏 南京 210093；3.江苏省水资源与可持续发展研究中心，江苏 南京 210098)

基于1997～2014年水资源利用和国内生产总值的相关数据，构建了水资源利用与经济增长的VAR模型，通过单位根检验、Granger因果检验、脉冲响应分析和方差分解分析，探索了中国水资源利用和经济增长之间的内在依存关系。研究结果表明：(1)水资源利用和经济增长之间存在单向因果关系且存在长期动态关系，水资源是推动经济增长的重要因素；(2)农业、工业和生活用水对经济增长的贡献度不同。建议改善水资源利用结构和提高水资源利用效率，进而促进经济的可持续发展。

水资源利用；经济增长；VAR模型

水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，全面建设节水型社会，实现水资源的高效利用、合理配置和可持续发展是21世纪中国国家发展的重要战略。而水资源短缺逐渐成为制约经济发展和威胁人类生存的重要因素。虽然中国水资源总量位居世界第四，但是由于中国人口众多，人均水资源占有量一直处于较低水平，2014年人均水资源占有量为1998.6 m3，仅为世界平均水平的1/4，而且时间空间分布严重不平衡。随着经济社会的快速发展，我国水资源使用量不断增加，2014年中国总用水量达到了6094.9亿m3，比2000年增长了11%，其中农业、工业和生活用水比例分别为63%、22%和13%，各行业之间的用水矛盾日益突出。如何统筹协调各行业用水需求、提高水资源利用效率并保障经济社会可持续发展是亟需解决的问题。

基于此，本文选取国内生产总值、农业用水量、工业用水量和生活用水量为衡量指标，以1997～2014年的数据为基础，构建了面板VAR模型，通过单位根检验、Granger因果检验、脉冲响应分析和方差分解分析等，探索了我国水资源利用和经济增长之间的内在因果关系，并为水资源利用和经济增长之间协调发展提出了相关建议。

1 文献回顾

近年来，水资源利用问题受到国内外的广泛关注，其研究主要涉及水资源承载力、水资源配置、水资源供需和水资源污染治理等方面。Brown等[1]研究了水资源短缺对中国经济发展的影响。Howe[2]定性分析了水资源利用对经济增长的促进作用和静态关系。

国内学者对水资源利用问题进行了较多研究。在水资源供需分析中，郭玮[3]主要介绍了修建蓄水工程、引水工程、合理开发地下水等措施对于解决水资源短缺的重要性；秦长海[4]、钟帅[5]、严冬[6]等通过构建CGE模型分析了水资源价格变动和水价改革对水资源供应、使用和国民经济的影响，结果表明，提高水价可以有效地降低水资源使用量，对缓解水资源短缺、减少由于水资源过度开发导致的水资源耗减和水环境退化问题具有积极作用。由于中国地域辽阔而且是农业大国，面临着水资源在空间上、时间上的分布不均衡以及用水结构不均衡的现状，所以国内学者对我国水资源分布和配置进行了较多的研究。王飞等[7]利用VAR模型分析了经济产出、水资源消费和相应水价之间的变动关系，提出利用水价杠杆进行水资源配置。张吉辉等[8]通过计算各地区水资源与人口、面积和GDP等经济发展要素的基尼系数，研究了我国水资源分布、配置与经济发展要素匹配关系的时间演变规律。另外，水污染加剧了水资源的供需矛盾，近年来受到了广泛关注。沈大军[9]、陈雯[10]、金艳鸣[11]等分别分析了征收水资源费、水污染税和排污染交易等对污染物减排和经济产生的影响，结果表明，征收水污染税会造成宏观经济受损，但是会减少重金属、氨氮和化学需氧量等污染物的排放，而跨区域排污权交易比区域内排污权交易更能缓解减排约束带来的经济负面影响，且有利于促进高能耗部门提高能源使用效率。本文构建了AR模型探索水资源利用和经济增长之间的关系，以及如何实现经济的可持续发展。

2 数据来源与研究方法

2.1 变量选取和数据来源

本文主要分析水资源利用和经济增长之间的关系，我国水资源的使用主要分为农业、工业、生活和生态用水，其中生态用水占比较小且近几年刚分开单独核算，所以在不考虑生态用水影响的情况下，仅选取农业用水(AW)、工业用水(PW)和生活用水(LW)作为水资源利用的衡量指标。另外，GDP是一个国家或地区的经济在一定时间内生产的全部产品和服务的价值，可以较好地衡量一个国家的经济状况，所以选取GDP作为经济增长的衡量指标。

数据的样本区间为1997～2014年，主要来源于历年的《中国统计年鉴》和《中国水资源公报》。此外，为了避免数据异方差的存在，需要对数据进行对数化处理，分别命名为lnGDP、lnAW、lnPW和lnLW。

2.2 研究方法

向量自回归(Vector Auto Regression,简称VAR)模型是分析因变量对另一个或多个解释变量的统计依赖关系，被用来分析和预测宏观经济活动，并追踪政策变化和外部刺激对经济系统的影响，已经成为现代研究中的一个主要工具[12]。本文以1997～2014年数据为基础建立VAR模型，通过单位根检验、Granger因果检验、脉冲响应分析和方差分解分析等，探索了我国水资源利用和经济增长之间的关系。具体模型设定如下：

(1)

式(1)中，t为观测期；p为滞后期数；α、βi、βj、βm、βn分别为待估参数，表示解释变量对因变量影响的大小；εt为模型的随机扰动项。

3 实证研究

3.1 单位根检验

基于时间序列数据的经验研究，假定所依据的时间序列是平稳的，而且数据不平稳会导致“伪回归”的现象以及各项统计检验无意义，所以需要先检验数据的平稳性，即单位根检验。本文采用ADF检验(Augmented Dickey-Fuller Test)，结果如表1所示。

结果表明，在10%的置信水平所有变量的原序列均是不平稳的，一阶差分以后均为平稳序列。

3.2 Granger因果检验

Granger因果检验主要是分析一个变量的滞后项是否对其他变量能够产生影响，若一个变量受到其他变量滞后项的影响，则称两者之间存在Granger因果关系。

表1 变量的单位根检验结果

注：D表示一阶差分。

由表2可知，在滞后阶数分别为1、2阶时，农业用水量(lnAW)均是国内生产总值(lnGDP)的Granger原因，而工业用水量(lnPW)和生活用水量(lnLW)在滞后1、2、3阶的情况下均是国内生产总值(lnGDP)的Granger原因。相反地，在滞后1、2、3阶的情况下，国内生产总值(lnGDP)均不是农业用水量(lnAW)、工业用水量(lnPW)和生活用水量(lnLW)的Granger原因，即国内生产总值(lnGDP)是弱外生的。由此可知，国内生产总值(lnGDP)与农业用水量(lnAW)、工业用水量(lnPW)和生活用水量(lnLW)之间仅存在单向的因果关系，国内生产总值对水资源利用的影响不明显，而水资源利用却可以影响经济增长，因此，必须合理有效地利用水资源，维持经济的可持续发展。

表2 水资源利用与经济增长Granger因果检验结果

3.3 VAR方程构建与分析

为了进一步分析水资源利用和经济增长之间的关系，本文构建了如下VAR模型，考虑到自由度和滞后阶数之间的均衡，本文选定滞后阶数为2，具体形式如式(2)所示：

(2)

式(2)中，方程的系数表示相应滞后期的相应变量每变化一个单位，国内生产总值会变化几个单位。

此外，需要通过单位圆检验VAR方程的有效性，落入圆内的点越多，则VAR方程越有效，实证结果如图1所示。从结果可以看出，本文建立的VAR方程是非常有效的。

图1 单位圆检验

3.4 脉冲响应分析

脉冲响应主要是分析当某个变量受到外部冲击时会对其他变量产生多大的影响，可以用来分析水资源利用和经济增长之间的动态影响关系，本文将冲击响应期设为10期，实线表示脉冲响应函数，虚线表示政府两倍标准差偏离带，具体结果如图2所示。

3.4.1 农业用水与经济增长的关系 由图2可知，当对农业用水(lnAW)施加一个单位标准差的正向冲击后，对经济增长(lnGDP)有负向影响且逐渐增加，当期反应为0，到第6期达到最大值(-0.03987)，随后影响开始减弱。整个分析期内，lnGDP对lnAW的累积响应值为-0.264，表明农业用水量的变动对经济增长产生负面影响。

图2 农业用水与经济增长脉冲响应曲线

3.4.2 工业用水与经济增长的关系 由图3可知，当对工业用水(lnPW)施加一个单位标准差的正向冲击后，对经济增长(lnGDP)先是产生正向影响且逐渐增加，第2期达到最大值(0.0225)，随后开始下降，在第5期以后变成负向影响，第7期(-0.0057)以后逐渐趋于平缓。在整个分析期内，lnPW对lnGDP的累积响应值为0.0726，表明工业用水量变化对经济增长产生正面影响。

3.4.3 生活用水与经济增长的关系 由图4可知，当对生活用水(lnLW)施加一个单位标准差的正向冲击后，对经济增长(lnGDP)有正向影响且逐渐增加，当期反应值为0，第7期达到最大值(0.0566)，随后趋于平稳。在整个分析期内，lnGDP对lnLW的累积响应值为0.3793，表明生活用水变化对经济增长产生正面影响，而且影响较大。

图3 工业用水与经济增长脉冲响应曲线

图4 生活用水与经济增长脉冲响应曲线

3.5 方差分解分析

方差分解主要是分析某个内生变量冲击对内生变量变化的贡献度，分析其对其他内生变量的影响程度，进而评价不同结构冲击的重要性。本文方差分解结果如表3所示。

从表3可以看出：(1)国内生产总值增长的波动主要来自于自身的冲击，第1期和第2期的方差贡献率分别达到100%和74%，随后几期的贡献率趋于平稳且均大于40%；(2)农业用水、工业用水和生活用水对国内生产总值的方差贡献率分别在20%、30%和5%左右，即国内生产总值预测方差的20%可由农业用水量的变动来解释，30%可由工业用水量的变动来解释，5%由生活用水量的变动来解释，从而可以看出农业用水和工业用水对国内生产总值的影响较大。

4 结论

本文以1997～2014年中国水资源利用与经济增长的时间序列数据为基础建立VAR模型，通过单位根检验、Granger因果检验、脉冲响应和方差分解等，实证分析了水资源利用和经济增长之间的关系，得出以下结论和建议。

表3 VAR模型方差分解结果

(1)由Granger因果检验和脉冲响应分析可以得出水资源利用和经济增长之间存在单向因果关系且存在长期动态关系，即水资源利用的变动可以影响经济增长。其中，农业用水量对经济增长有负向作用，工业用水量和生活用水量对经济增长有正向作用，农业用水量和生活用水量对经济增长的影响相对较大。现阶段我国农业仍然是粗放式发展，工业化处于中期阶段，水资源浪费情况严重，随着用水量的增加，水资源损耗量也不断增加，容易造成水资源短缺，进而制约经济增长。建议通过提高水价、收取水资源费以及相应的节水措施等提高水资源利用效率，以达到经济发展用水量的零增长乃至负增长的目标。

(2)方差分解结果显示，农业、工业和生活用水对国内生产总值的方差贡献率分别在20%、30%和5%左右，其中农业用水和工业用水影响较大。由统计数据可知，农业、工业和生活耗水率差别较大，2014年农业、工业和生活耗水率分别为65%、23%和43%。因此可以通过改变用水结构，统筹协调农业、工业和生活用水，合理配置水资源，在保证生活用水的同时，优化配置生产经营用水，这样可以减少水资源损耗，提高水资源利用效率，进而有效促进经济增长。

[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] 郭玮.国外水资源开发利用战略综述[J].经济研究参考,2001(49):58-62.

[4] 秦长海,甘泓,贾玲，等.水价政策模拟模型构建及其应用研究[J].水利学报,2014,45(1):109-116.

[5] 钟帅,沙景华,沈镭，等.城市化背景下不同水资源定价系统对中国宏观经济的影响模拟研究[J].资源科学,2015,37(12):2421-2429.

[6] 严冬,周建中.水价改革及其相关因素的一般均衡分析[J].水利学报,2010,41(10):1220-1227.

[7] 王飞,宋佳丽,马明卫.经济产出、水资源消费和水价的时变关系：基于江苏省情况的分析[J].价格理论与实践,2013(8):50-51.

[8] 张吉辉,李健,唐燕.中国水资源与经济发展要素的时空匹配分析[J].资源科学,2012,34(8):1546-1555.

[9] 沈大军.水资源费征收的理论依据及定价方法[J].水利学报,2006,37(1):120-125.

[10] 陈雯.中国水污染治理的动态CGE模型构建与政策评估研究[D].长沙：湖南大学,2012.

[11] 金艳鸣,雷明.二氧化硫排污权交易研究：基于资源—经济—环境可计算一般均衡模型的分析[J].山西财经大学学报,2012(8):1-10.

[12] 古扎拉蒂,费剑平、孙春霞.计量经济学基础(第四版)[M].北京：中国人民大学出版社,2005.

(责任编辑：管珊红)

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

江苏省社会科学基金项目“苏北地区湖泊保护战略研究”(12EYB008)；江苏省博士后科研基金项目“苏北地区湖泊保护 与经济发展协同机理与路径”(1202087C)；中央高校基本科研业务费项目“水利风景区水利旅游功能差异及影响因素研 究”(2015B10114)。

许永欣(1990—)，女，江苏宿迁人，硕士研究生，研究方向：人口、资源与环境经济学。*通讯作者：马骏。

C812

A

1001-8581(2017)02-0104-04