李勝男，郭文體，涂志華

(1.海南省建設(shè)項目規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，海南 海口 570203；2.海南水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，海南 ?？?571100；3.海南大學(xué) 林學(xué)院，海南 ?？?570228)

海南省水資源豐富，人均水資源量為3 540 m3，高于全國人均水平，僅為世界平均水平的1/2。海南天然存蓄水能力弱、區(qū)域間調(diào)劑互補(bǔ)性差、河流水系納污能力小，隨著新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和旅游業(yè)的快速發(fā)展，用水結(jié)構(gòu)劇烈變化，加之海島獨特的自然條件和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展特點，導(dǎo)致水資源供需矛盾已成為經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要制約因素[1-3]。分析海南省用水量與用水結(jié)構(gòu)動態(tài)變化是解決水資源問題的基礎(chǔ)工作，對海南省水資源可持續(xù)利用具有重要意義。矢量自回歸VAR (Vector Auto Regression) 模型自1980年Sims提出以來，已廣泛應(yīng)用于水資源水環(huán)境領(lǐng)域?qū)嵶C研究。以往研究基于VAR模型對水環(huán)境、水資源利用等與經(jīng)濟(jì)增長之間關(guān)系進(jìn)行了研究，利用VAR模型對用水量及用水結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析[4-8]。本文分析海南省近20 a用水量動態(tài)變化，基于VAR模型分析用水結(jié)構(gòu)與用水量之間變化關(guān)系，為加強(qiáng)水資源可持續(xù)利用提供理論支持。

1 海南省水資源利用

利用海南省近20 a的用水量及用水結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對海南省水資源利用狀況進(jìn)行分析(見圖1所示)，海南省年度用水總量在45億m3水平上下波動，低于海南省2020年用水總量控制指標(biāo)49.4億m3，水資源利用總量控制較好，表明海南省嚴(yán)格落實最嚴(yán)格水資源管理制度，水資源管理能力較強(qiáng)，這與海南省嚴(yán)格的水環(huán)境管理密不可分，通過水環(huán)境管理，維護(hù)和重建水生態(tài)環(huán)境，緩解水污染局面，推進(jìn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)和污染物總量減排，提升水資源利用效率，有效促進(jìn)了水資源管理能力提升。

海南省農(nóng)業(yè)發(fā)展占據(jù)了70%以上的水資源，農(nóng)業(yè)用水量呈現(xiàn)下降趨勢，可能是由于大力發(fā)展熱帶特色農(nóng)業(yè)、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)政策，海南省農(nóng)業(yè)種植主要為糧食、糖料、蔬菜和水果4種，其中糖料作物的耗水量最大，根據(jù)海南省統(tǒng)計年鑒，近十幾年，海南省的糖料作物減少了50%左右。海南省生活用水量呈現(xiàn)上升趨勢，生活用水比重在近20 a間增長了10%，這與海南省總?cè)丝谥鸩皆鲩L，年度旅游過夜人數(shù)的增長，人民生活水平提高有密切關(guān)系。海南省工業(yè)用水量逐年下降，這可能是由于環(huán)境保護(hù)要求提高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)用水效率提升等因素綜合作用的結(jié)果[16]。

(a) (b)注：1.TW：用水總量；AW：農(nóng)業(yè)用水量；IW：工業(yè)用水量；LW：生活用水量;2.數(shù)據(jù)來源于《海南省水資源公報》圖1 海南省1999—2018年用水量與用水結(jié)構(gòu)

2 研究方法

向量自回歸(VAR)模型，是用所有當(dāng)期變量對其若干滯后期變量進(jìn)行回歸，通常用來估計相互聯(lián)系的時間序列系統(tǒng)以及分析隨機(jī)擾動對變量系統(tǒng)的動態(tài)關(guān)系[9]，不需要提前設(shè)定任何約束條件。VAR方法通過把系統(tǒng)中每一個內(nèi)生變量作為系統(tǒng)中所有內(nèi)生變量的滯后值的函數(shù)來構(gòu)造模型，從而回避了結(jié)構(gòu)化模型的需要。一個VAR(p)模型的數(shù)學(xué)形式[10]：

yt=A1yt-1+…+Apyt-p+Bxt+εt

(1)

式中yt是內(nèi)生變量；yt-1，…，yt-p表示yt的滯后期；xt是外生變量；A1， …，Ap表示yt的待估系數(shù)；B是xt待估系數(shù)；εt是隨機(jī)擾動項。VAR模型轉(zhuǎn)化為矩陣為：

(2)

2.1 模型構(gòu)建

采用海南省1999—2018年的年度工業(yè)、生活用水量占總用水量的比重衡量用水結(jié)構(gòu)水平，采用年用水總量除以海南省十三五期末2020年用水總量控制指標(biāo)(49.4億m3)的比值進(jìn)行表征，構(gòu)建如下模型：

(3)

式中TW1t為第t期用水總量比重;IW1t為第t期工業(yè)用水比重;LW1t為第t期生活用水比重;AW1t為第t期農(nóng)業(yè)用水比重。

2.2 模型應(yīng)用

2.2.1單位根檢驗

建立VAR模型，必須滿足所有的序列都是平穩(wěn)的，為了避免偽回歸現(xiàn)象，保證結(jié)論的可靠性，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行ADF檢驗(見表1)。

表1 變量的ADF檢驗結(jié)果

2.2.2滯后期選擇

滯后期的選擇是VAR模型建立的重要前提，確定了滯后期，才能確定VAR模型形式。這里分析檢驗的依據(jù)是按照少數(shù)服從多數(shù)原則，根據(jù)LogL、LR、FPE、AIC、SC、HQ 6種檢驗法則的結(jié)果進(jìn)行綜合判斷(見表2)。總體來看，VAR模型的最佳滯后期為2。

表2 VAR模型最佳滯后階數(shù)檢驗結(jié)果

2.2.3模型的建立

根據(jù)前述單位根檢驗及滯后期選擇結(jié)果，將檢驗過的平穩(wěn)序列代入到模型中，擬合出式(4)代表VAR模型：

(4)

2.2.4VAR模型穩(wěn)定性檢驗

由表3可知所有根的模全部小于1，說明本研究建立的VAR模型是穩(wěn)定的，基于該VAR模型上的各種檢驗是有效的。

表3 VAR模型穩(wěn)定性檢驗結(jié)果

3 結(jié)果分析

3.3.1Granger因果檢驗

因果關(guān)系檢驗是用于檢驗經(jīng)濟(jì)變量之間的時間先后順序，并不表示這真正存在因果關(guān)系，是否存在因果關(guān)系需要根據(jù)理論、經(jīng)驗和模型進(jìn)行綜合判斷。為了考察用水總量結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)、工業(yè)用水結(jié)構(gòu)、生活用水結(jié)構(gòu)之間的傳導(dǎo)方向，分別對3組數(shù)據(jù)進(jìn)行了Granger因果關(guān)系檢驗(見表4)。

表4 Granger因果關(guān)系檢驗結(jié)果

通過Granger因果關(guān)系檢驗結(jié)果可知，農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)和工業(yè)用水結(jié)構(gòu)是用水總量結(jié)構(gòu)的Granger原因，表明工業(yè)和農(nóng)業(yè)相關(guān)水資源管理政策措施及節(jié)水技術(shù)開發(fā)利用對調(diào)整用水結(jié)構(gòu)、提升水資源利用效率具有非常重要作用。

3.3.2脈沖響應(yīng)分析

本部分采用脈沖響應(yīng)函數(shù)(IRF)來分析經(jīng)濟(jì)增長與用水量之間的引致關(guān)系。脈沖響應(yīng)函數(shù)描述的是VAR模型中的1個內(nèi)生變量的沖擊給其他內(nèi)生變量所帶來的影響，是系統(tǒng)對某一變量擾動的1個沖擊(或新息)所做出的動態(tài)反應(yīng)，并由此判斷各個變量間的時滯關(guān)系。

注： 1.TW：總用水比重；AW：農(nóng)業(yè)用水比重；IW：工業(yè)用水比重；LW：生活用水比重;2.用水總比重=總用水量/用水總控制指標(biāo)；3.農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水比重=農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水量/總用水量圖2 用水結(jié)構(gòu)之間脈沖響應(yīng)函數(shù)示意

圖2表示了生活用水結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)、工業(yè)用水結(jié)構(gòu)對總用水結(jié)構(gòu)的沖擊效應(yīng)以及系統(tǒng)的動態(tài)影響。

從農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)對總用水結(jié)構(gòu)的一個標(biāo)準(zhǔn)差新息的沖擊，在第1期為峰值，第2、3期逐漸下降，第4、5期之后越來越平穩(wěn)，說明隨著時間的推移，農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)對水資源的利用結(jié)構(gòu)起著決定性作用。

從工業(yè)用水結(jié)構(gòu)對總用水結(jié)構(gòu)的一個標(biāo)準(zhǔn)差新息的沖擊，第1期為0，但第2期就變?yōu)樨?fù)值，第3期為0，第4期為正值，第5期又將為0，隨著時間的推移，越來越收斂。說明伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)用水結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化對水資源的利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化所能帶來促進(jìn)作用越來越弱。

從生活用水結(jié)構(gòu)對總用水結(jié)構(gòu)的一個標(biāo)準(zhǔn)差新息的沖擊，第1期為負(fù)值，但第2期之后逐漸增長，隨著時間的推移，趨向于發(fā)散。說明伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，生活用水結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化對水資源的利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠帶來一定的促進(jìn)作用。

3.3.3方差分解分析

方差分解是一種描述系統(tǒng)動態(tài)變化的方法，通過分析每一個結(jié)構(gòu)沖擊對內(nèi)生變量變化的貢獻(xiàn)度，通常以方差來度量，進(jìn)一步評價不同結(jié)構(gòu)沖擊的相對重要性。

由圖3可知，用水總量變動對自身變動的貢獻(xiàn)率最大，當(dāng)期達(dá)到98%，后雖有下降，但基本穩(wěn)定在60%左右，表明海南省后一期用水總量的最大影響因素上一期用水總量，以用水總量控制為核心的水資源管理對水資源開發(fā)利用程度控制具有決定性作用。因此，未來應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行用水總量控制制度，并且不斷加強(qiáng)水環(huán)境管理，推進(jìn)水污染物減排和水質(zhì)改善，提升水資源利用效率，促進(jìn)水資源管理能力提升。

注： 1.TW：總用水比重；AW：農(nóng)業(yè)用水比重；IW：工業(yè)用水比重；LW：生活用水比重;2.用水總比重=總用水量/用水總控制指標(biāo)；3.農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水比重=農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水量/總用水量圖3 用水結(jié)構(gòu)之間方差分解示意

工業(yè)用水對用水總量變化的當(dāng)期貢獻(xiàn)率很小，從第2期開始逐步增加，到第4期，工業(yè)用水對用水總量的貢獻(xiàn)度接近并超過20%，第5期以后雖然略有增長，但趨于平緩，最終穩(wěn)定在25%，表明工業(yè)用水對總用水的影響具有一定的粘滯性，主要是由于海南省工業(yè)發(fā)展過程中，隨著工業(yè)用水效率提升、工業(yè)污水治理環(huán)保要求提升，工業(yè)用水量減少，工業(yè)用水對總用水量的影響增強(qiáng)。因此，未來在用水總量控制基礎(chǔ)上應(yīng)著重加強(qiáng)工業(yè)用水開發(fā)利用管控，進(jìn)而促進(jìn)水資源利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

生活用水對用水總量變化的當(dāng)期貢獻(xiàn)率很小，從第2期開始到第4期基本穩(wěn)定在5%左右，從第5期開始逐步增加，第6期之后生活用水對用水總量的貢獻(xiàn)度穩(wěn)定在10%左右，表明生活用水對總用水的影響具有一定的粘滯性，主要是由于快速城鎮(zhèn)化發(fā)展，人口總量增加，人民生活水平不斷提高，生活用水總量增加，生活用水對總用水量的影響增強(qiáng)。因此，未來在用水總量控制基礎(chǔ)上須注重生活用水管控和生活節(jié)水的宣傳引導(dǎo)。

農(nóng)業(yè)用水對用水總量變化的當(dāng)期貢獻(xiàn)率很小，從第2期開始平緩增加，到第4期之后穩(wěn)定在5%左右，表明農(nóng)業(yè)用水對總用水的影響具有一定的粘滯性，主要是農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度提高，種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)業(yè)用水量逐步降低，其對總用水量的變化貢獻(xiàn)較弱，但是，農(nóng)業(yè)用水對總用水量變化影響上升的趨勢不容忽視，在用水總量控制基礎(chǔ)上應(yīng)注重農(nóng)業(yè)用水開發(fā)利用管控。

4 結(jié)語

海南省社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致了用水總量和用水結(jié)構(gòu)發(fā)生了相應(yīng)變化，研究結(jié)果表明海南省用水總量控制較好，這與水資源管理政策[13]密不可分，未來海南省水資源管理應(yīng)繼續(xù)落實中共中央關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定，嚴(yán)格執(zhí)行用水總量控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污“三項制度”，應(yīng)繼續(xù)貫徹水利部關(guān)于嚴(yán)格用水定額管理的通知，擴(kuò)大用水定額標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍，提高各行業(yè)各領(lǐng)域用水效率；海南農(nóng)業(yè)占據(jù)了70%以上的水資源，這可能是由于農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，農(nóng)業(yè)用水效率較低導(dǎo)致的[11]，農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)對優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)和提高水資源利用效率具有非常重要作用，未來海南省農(nóng)業(yè)用水管理可著重放在發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)、優(yōu)化農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用、創(chuàng)新農(nóng)業(yè)用水管理體制機(jī)制等方面上[14]；海南省工業(yè)用水逐漸減少，工業(yè)用水比重對水資源利用變化貢獻(xiàn)率較高，這可能是工業(yè)節(jié)水政策導(dǎo)向，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，工業(yè)節(jié)水水平提高和工業(yè)節(jié)水技術(shù)進(jìn)步[12]等綜合作用的結(jié)果，未來海南省應(yīng)不斷加強(qiáng)工業(yè)節(jié)水管理，提高工業(yè)用水效率；海南省生活用水量和用水比重呈現(xiàn)雙上升趨勢，這可能是由于人口增長，生活水平提高，生活用水的重復(fù)利用率不高，生活節(jié)水效率不高因素導(dǎo)致的，未來海南省應(yīng)加大生活節(jié)水技術(shù)與器具的研發(fā)和應(yīng)用，鼓勵中水回用，通過水價改革等政策措施促進(jìn)節(jié)約用水保護(hù)水資源。